Berøringsfrit håndtag

Transkript

1 Berøringsfrit håndtag Færre sygehusinfektioner på de danske sygehuse Gruppe B semester Elektronik & IT Det Ingeniør-, Natur- og Sundhedsvidenskabelige Basisår Aalborg Universitet Afleveres 25. maj 2009

2

3 Det Teknisk-Naturvidenskabelige Basisår Elektronik og Elektroteknik Strandvejen Telefon Fax Synopsis: Titel: Tema: Berøringsfrit Håndtag Modellernes virkelighed Projektperiode: P2, forårssemesteret 2009 Projektgruppe: B230 Deltagere: Kent Basselbjerg Anders Thestrup Eskildsen Thomas Lundgaard Hansen Mikkel Urban Kajgaard Edwin Gerardus Wilhelmus Peters Bo Ørsted Povey Vejledere: Hovedvejleder: Kjeld Hermansen Bivejleder: Mette Mosgaard Oplagstal: 10 Sidetal: 102 Bilagsantal og art: 6 bilag & 1 bilagscd Afsluttet den 25. maj 2009 Denne rapport behandler problematikken omkring spredning af infektioner på de danske sygehuse. Anvendt information er fremskaffet vha. et interview fortaget med to hygiejnesygeplejersker, samt sekundær litteratur i form af artikler, statistikker og datablade fremskaffet via internettet. Det kan dokumenteres at 8,7 % af alle indlagte patienter på de danske sygehuse, pådrager sig en sygehusinfektion. På intensiv ligger tallet på 49,1 %. Dette er skyld i at 3200 patienter hvert år dør, hvilket overstiger antallet af trafikdræbte. Sygehusinfektionernes primære smittevej er sekundær berøringssmitte. Der designes derfor et teknisk hjælpemiddel i form af et berøringsfrit håndtag (BFH), for at mindske antallet af smitteveje for sekundær berøringssmitte. For at demonstrere princippet konstrueres et demoprodukt. Dette vælges implementeret i skuffer. Det fungerer ved, at tillade brugeren at åbne skuffen uden at have fysisk kontakt med denne. I stedet udsender BFH et ultralydsburst. Ved at måle tiden der går inden lydreflektionen modtages, kan afstanden bestemmes. Dette bruges til at styre en motor der bevæger skuffen som ønsket. BFH er ikke tiltænkt som en direkte løsning på sygehusinfektionsproblemet. I stedet er det tiltænkt som et teknisk hjælpemiddel, i forbindelse med et øget fokus på hygiejnen, i den danske sundhedssektor. Teknikken bag BFH vil nemt kunne implementeres i bl.a. skabe, døre og vandhaner. Det vurderes at BFH ville kunne afhjælpe sygehusinfektionsproblemet ved andre placeringer end på skuffer. Det vurderes ligeledes at BFH vil være anvendeligt i fødevaresektoren, som handicaphjælp og som luksusinteriør. Rapportens indhold er frit tilgængeligt, men offentliggørelse (med kildeangivelse) må kun ske efter aftale med forfatterne.

4

5 Forord Denne rapport behandler problemerne vedrørende spredning af infektioner på danske sygehuse. Rapporten indeholder både en analyse af problemstillingen, samt et bud på en teknisk løsning til problemstillingen. Rapporten er udarbejdet på Aalborg Universitet af projektgruppe B230, bestående af seks studerende på studiet "Elektronik og elektroteknik". Hovedvejlederen for projektet er Kjeld Hermansen, og bivejlederen er Mette Mosgaard. Rapportens målgruppe er universistetsstuderende og universistetsundervisere. Rapporten er udarbejdet i en undervisningssituation. Dette betyder at projektets formål er indlæring, og ikke designet af et kommercielt egnet produkt. I forbindelse med projektet vil vi gerne takke Jan Koldbro og Anette Blok, fra afdelingen for infektionshygiejne i Region Nordjylland. Læsevejledning Eksterne kilder er angivet med et nummer i firkantet parentes, eksempelvis [1]. Dette nummer kan findes i referencelisten, der er at finde på side 71. Er en kilde placeret før et punktum, betyder dette, at kilden kun gælder for den pågældene sætning. Er en kilde placeret efter et punktum, så gælder kilden for alle de foregående sætninger. Dette kan illusteres med følgende eksempel. Aalborg Universitet er et dansk universitet [Kilde]. Kilden er kun gældene for sætningen. Aalborg Universitet er et dansk universitet. Universistet er placeret i Danmark. [Kilde] Kilden gælder for begge de forgående sætninger. Alle kilder der henviser til internetsider, er noteret med en dato for hvornår kilden er blevet anvendt. Figurer der optræder uden kildehenvisninger, er udarbejdet af projektgruppen. I forbindele med fremmedord, er der udarbejdet en ordliste med forklaringer af disse. Det anbefales at kigge ordlisten igennem inden rapporten læses. Ordlisten kan findes i appendiks A. Der skelnes mellem appendiks og bilag på følgende måde. Et appendiksafsnit indholder uddybende teori omkring et emne, hvor bilag er at betragte som yderligere dokumentation for dele af rapporten. Der er vedlagt en bilags CD, hvorpå denne rapport ligger som PDF-fil. Derudover kan der på CD en findes billeder af produktet, samt datablade for de benyttede elektriske komponenter. Alle referencer i rapporten er lavet, således at de er interaktive. Læses rapporten elektronisk vil læseren derfor blive linket rundt i rapporten, hvis læseren trykker på en reference, henvisning eller kilde. v

6 Kent Basselbjerg Anders Thestrup Eskildsen Thomas Lundgaard Hansen Mikkel Urban Kajgaard Edwin Gerardus Wilhelmus Peters Bo Ørsted Povey vi

7 Indhold 1 Indledning Problemformulering Benyttede metoder Del I Problemanalyse 2 Sygehusinfektioner Omfang Konsekvenser af infektioner Infektionssmitte Hvorfor får patienter infektioner Smitteveje Reduktion af hospitalssmitte Det berøringsfrie håndtag kontra andre løsninger Det berøringsfrie håndtag Forøget forbrug af antibiotika Fokus på hygiejneområdet Øget rengøring Placering og anvendelse Placering og anvendelsessituationer Fysiske krav Betjeningskrav Lovgivning Lovgivning til medicinsk udstyr CE-Mærkning EMC-direktivet og de harmoniske standarder Miljøvurdering Fremstilling Brug og bortskaffelse Afslutning på problemanalyse Delkonklusion Krav til det berøringsfrie håndtag Del II Problemløsning 9 Projektafgrænsning 25 vii

8 9.1 Produktafgrænsning Kravspecifikation til demoproduktet Accepttest for demo-bfh Overordnet design & modularisering Overordnet design Teknisk opbygning Modularisering Afstandsmåling Indledende overvejelser Ultralydssender Ultralydsmodtager Samlet afstandsmåler Skuffestyring Fremdriftsmetoder Motoren Styresignal Motorkredsløb Detektion af motorblokering Modultest for skuffestyring Integration Software styring Reguleringsmodel Acceptest 66 Del III Projektvurdering 15 Perspektivering Fra demoprodukt til færdigt produkt Alternative anvendelsesmuligheder Konklusion 69 Referencer 71 Appendiks 75 A Ordliste B Interessentanalyse C Bakterie-, svampe- og virusinfektioner D Transistorteori Bilag 82 1 Interview af hygeiejnesygeplejersker Jan Koldbro og Annette Blok Målejournal for hastigheds- & accelerationstest Målejournal for lydtest Målejournal for justering og test af ultralydssendekredsløb Målejournal for test af modtagermodulet Målejournal for modultest af skuffestyringsmodul Kredsløbsdiagram for det samlede system viii

9 Kapitel 1 Indledning Hvert år får omkring danskere en infektion i forbindelse med indlæggelse på sygehuse. Dette svarer til ca. 1 ud af 10 indlagte patienter. [1] Infektionerne kan have alvorlige konsekvenser for de patienter der får dem og det anslås at sygehusinfektioner koster 3200 menneskeliv hvert år [2]. Konsekvenserne af en hospitalsinfektion kan være langvarige og binder i nogle situationer den indlagte til sygehuset i længere tid end planlagt. En patient der et år efter en operation, stadig har problemer med en infektion, udtaler:»man bliver nervøs for, om jeg på et eller andet tidspunkt bliver alvorligt syg med et eller andet, hvor jeg får et lavt immunforsvar. Det kan jo i sidste ende koste mig livet, at de sjusker sådan med hygiejnen.«søren Vester[1] Infektionerne opstår ikke af sig selv, de kommer fordi patienterne bliver smittet under opholdet på hospitalet. Det er således interessant at undersøge, om infektioner kan undgås, ved at mindske overførslen af smitte til patienter. Patienter og sundhedspersonalet rører hver dag ved mange forskellige håndgreb til døre, skuffer, skabe osv. Dette er således en oplagt smittevej. Hvis det ikke er nødvendigt at røre ved håndgreb for at åbne skuffer o.lign. vil smitten ikke blive overført denne vej. Det tænkes derfor at udviklingen af et berøringsfrit håndtag, kan medvirke til at nedbringe antallet af sygehusinfektioner. 1.1 Problemformulering I dette projekt bliver det undersøgt om et berøringsfrit håndtag kan nedbringe antallet af infektioner der opstår på sygehusene. Et berøringsfrit håndtag vil med stor sandsynlighed også kunne anvendes i andre situationer, men dette projekt vil undersøge dets anvendelse i forbindelse med hospitaler. Problemstillingen kan sammenfattes til følgende spørgsmål, der danner udgangspunkt for hele projektet: Kan et berøringsfrit håndtag nedsætte antallet af sygehusinfektioner på danske sygehuse og hvordan kan et sådant konstrueres? Denne problemstilling kan nedbrydes til en række underpunkter, der yderligere specificerer hvad der skal undersøges for at besvare ovenstående hovedproblem. Her er punkterne stillet op med en forklaring af hvad der ønskes opnået ved at undersøge dem, samt hvor i rapporten spørgsmålet bearbejdes. 1. I hvilket omfang er der infektionsproblemer på danske sygehuse? Spørgsmålet stilles, for at undersøge om problemet er stort nok, til at der bør gøres noget. Spørgsmålet behandles i afsnit Hvilke konsekvenser har infektionerne? Det ønskes undersøgt hvilke konsekvenser infektionerne har, for at vurdere hvilke fordele der vil være ved at nedbringe antallet af hospitalsinfektioner. Spørgsmålet behandles i afsnit

10 Kapitel 1. Indledning 3. Hvad skyldes disse infektionsproblemer og i hvor stor grad er berøring af håndgreb en af årsagerne? Der tages stilling til årsagerne til infektionerne, med særligt forkus på berøring af håndgreb, for at kunne vurdere om et berøringsfrit håndtag vil kunne hjælpe. Spørgsmålet behandles i kapitel Hvor godt vil et berøringsfrit håndtag afhjælpe infektionsproblemerne ifht. andre løsninger? Hensigten er at stille det berøringsfri håndtag op overfor de andre løsningsmuligheder der måtte være, for at se hvilken løsning der er mest effektiv. Spørgsmålet behandles i kapitel Hvilke krav stilles til et berøringsfrit håndtag? For at vurdere hvorvidt det er muligt at udvikle et berøringsfrit håndtag der kan indføres på markedet skal kravene hertil fastlægges. I kapitel 6 fastlægges krav fra lovgivningen og i kapitel 5 fastlægges krav til betjening og konstruktion. 6. Hvordan kan et berøringsfrit håndtag konstrueres så dette kan nedsætte infektionsproblemerne? Det ønskes vist, at det rent teknisk er muligt at konstruere et berøringsfrit håndtag. Der skal således konstrueres en prototype, der viser princippet for virkemåden. Del II omhandler konstruktionen af denne prototype. 1.2 Benyttede metoder I forbindelse med et projektarbejde, er det en god idé, at starte med at danne sig et overblik over de metoder der bruges til at løse de forskellige opgaver. Dette vil hjælpe med at sikre, at det er de bedst egnede metoder der anvendes. Interessentanalyse Inden den egentlige informationssøgning, er der foretaget en interessentanalyse. I denne tages der stilling til hvilke interessenter problemet omfatter, og i hvor stor grad disse har indflydelse på, medvirken til og interesse for produktet. Det afgøres på basis heraf, hvilke interessenter der skal kontaktes og hvilke metoder der skal bruges til at kontakte dem. Interessentanalysen kan findes i appendiks B. Interview I forbindelse med projektet, er der taget kontakt til en interessent og senere foretaget et interview af denne. Denne metode giver mulighed for at få svar på specifikke spørgsmål vedrørende projektet. Interviewet er en kvalitativ metode til vidensindsamling. Denne kilde betragtes som primær, og kommer til at vægte meget i forbindelse med projektet. Interviewet kan ses i bilag 1. SPU-Modellen Det er valgt at bruge SPU-modellen (Struktureret Projekt Udvikling). SPU sætter en række retningslinier for hvordan et projekts udvikling bør forløbe. SPU modellen hjælper derfor med struktureringen af projektudviklingen. Anvendes modellen på fornuftig vis, vil modellen derfor sørge for at projektet bliver velstruktureret. SPU-modellen består af følgende punkter. Der er ved hvert punkt beskrevet hvordan punktet er anvendt i projektet. 1. Benyt en udviklingsmodel Her benyttes V-modellen. 2. Udarbejd en kravspecifikation Kravspecifikation består af en komplet liste over de krav som produktet skal overholde. Denne opstilles efter problemanalysen. 3. Design før konstruktion Dette gøres således at der kan arbejdes målrettet og struktueret med produktopbygningen. 2

11 Sektion 1.2. Benyttede metoder 4. Planlæg tests Dette sikrer at der gennemføres dybdegående tests, hvilket hjælper til at fejl kan opdages løbende. Dette gør at fejlene bliver lettere at korrigere for. 5. Anvend reviewteknik For løbende at holde styr på, om projektet er på rette kurs, benyttes reviewteknikken. Den går ud på at man løbende evaluerer tidligere lavet arbejde, i forhold til igangværende og planlagt arbejde. Reviewteknikken bliver anvendt i forbindelse med statusseminar, og generelt løbende igennem projektet. 6. Foretag projektstyring Dette bliver gjort i form af tidsplaner og to-do lister. 7. Dokumentér undervejs Ny viden dokumenteres imens det stadig kan erindres. Dette letter arbejdsbyrden hen imod afslutningen af projektet, hvilket er fordelagtigt. 8. Foretag konfigurationsstyring Konfigurationsstyring fortages ved løbende at identificere mulige problemer under opsejling. Dette gøres for at korrigere for problemerne så tidligt som muligt, samt forebyggelse af disse. V-modellen V-modellen bliver anvendt som udviklingsmodel i forbindelse med SPU. Ved at anvende V-modellen er det lettere at udvikle et produkt på struktureret vis. V-modellen kan ses på figur 1.1. Kravsspecifikation Endelig test afdet samlede system Produktdesign Integration af modulersamttest af dette Moduldesign Modultest Design af hardware og software Deltestaf software og hardware Kontruktion af hardware og software Figur 1.1: Figur over V-modellen. V-modellen fungerer på den måde, at man først finder ud af, hvilke specifikke krav der stilles til det produkt der ønskes udviklet, og efterfølgende opstiller disse i en kravspecifikation. Efterfølgende designes et overordnet produkt, som skal løse kravspecifikationen. Dette produkt modulariseres, så produktet deles op i mindre dele. Herved overskueliggøres produktet under designfasen og de enkelte moduler kan udvikles sideløbende. Dernæst fastsættes det, hvordan softwaren og hardwaren til de enkelte moduler skal designes. Når dette er fastsat, kan konstruktionen af de enkelte moduler gennemføres. I takt med at softwaren og hardwaren færdiggøres, deltestes disse, for løbende at sikre, at modulerne opfører sig som planlagt. Når modulerne er færdigtdesignede, testes disse separat 3

12 Kapitel 1. Indledning for at sikre, at modulerne overholder de opstillede modulkrav. Bestås disse tests, kan modulerne integreres. Efter integrationen udføres den samlede accepttest for produktet, for at sikre at det opfylder de i kravspecifikationen stillede krav. Produktdesignet i forbindelse med V-modellen kan illusteres som på figur 1.2. Figur 1.2: Produktdesignet i forbindelse med V-modellen. På figur 1.2, fremgår det at design og konstruktion af flere dele af samme produkt, er en af V- modellens stærke sider. Derfor foretrækkes V-modellen i forbindelse med projektarbejde. Bemærk at punkt 2, 3 og 4 stemmer overens med SPU-modellen. Dette gør V-modellen nem at implementere i forbindelse med SPU-modellen. 4

13 Del I Problemanalyse Kapitel 2 Sygehusinfektioner For at kunne vurdere hvad hospitalsinfektioner fører med sig, undersøger dette kapitel, i hvilket omfang der er problemer med hospitalsinfektioner på de danske hospitaler. Det bliver også vurderet hvilke konsekvenser disse infektioner har for det danske samfund og de enkelte patienter. 2.1 Omfang En hospitalsinfektion defineres som en infektion, som en patient pådrager sig under et behandlingsophold på et hospital[3]. Hospitaltsinfektioner kaldes også nosokomielle infektioner. Infektionen kan både skyldes bakteriel-, viral- eller svampeinficering. Bliver sundhedspersonalet smittet af en patient er dette også dækket under kategorien hospitalsinfektioner. Der foretages ikke nogen vedvarende registrering af forekomsten af infektioner på danske hospitaler. Det Centrale Afsnit for Sygehushygiejne (CAS) ved Statens Serum Institut (SSI) har foretaget mindre undersøgelser af infektionsraten i år 1999, 2003 og senest år Fra 2009 vil CAS påbegynde at gennemføre disse undersøgelser halvårligt. [4] Ved den seneste af disse undersøgelser, gennemført i slutningen af 2008, blev andelen af indlagte patienter, der havde pådraget sig en hospitalsinfektion, fastsat til 8,7 % [4]. Undersøgelsen er udført på 127 sygehusafdelinger i hele landet og 2218 patienter blev undersøgt [4]. Undersøgelsen giver et øjebliksbillede af infektionsraten, idet den foretages ved at registrere hvor stor en del af de indlagte patienter der har infektioner, på et givet tidspunkt. Da patienter med infektioner kan forestilles at have en længere indlæggelsestid, kan dette give et billede af at der er flere infektioner end der reelt er. Undersøgelsen giver dog stadig et indblik i infektionsraten på sygehusene. Undersøgelsen fra 2008 konkluderer, at der er et forbedringspotentiale for infektionsraten på danske sygehuse. Lederen af det CAS, Elsebeth Tvenstrup Jensen, udtaler som respons til undersøgelsen, at antallet af infektioner er uacceptabelt højt [5]. Der er således noget der tyder på at infektionsantallet kan nedbringes. Hvis infektionsraten for de forskellige specialeområder undersøges nærmere, ses det at der er betydelig forskel på infektionsraten for forskellige specialetyper. Dette antages, at skyldes forskellen i de behandlinger der foretages på de forskellige afdelinger. Intensiv behandling har en særlig stor infektionsrate på 49,1 %. Dette viser, at hvis det er muligt at nedbringe infektionsraten på intensivafdelingerne, er der et stort forbedringspotentiale. Det er dog ikke sikkert, at det er muligt at nedbringe antallet af infektioner ved at nedbringe smittespredningen. En mulig årsag til at intensivafdelingerne oplever større infektionsantal, diskuteres i afsnit på side 7. CAS har som nævnt udført lignende undersøgelser i 1999 og Forudsætningerne for disse undersøgelser har været anderledes. Eksempelvis er der forskel på hvilke infektionstyper der er blevet registreret. Derfor kan tallene ikke sammenlignes og det kan derfor ikke undersøges om antallet af hospitalsinfektioner er stigende eller faldende. 5

14 Kapitel 2. Sygehusinfektioner 2.2 Konsekvenser af infektioner For at kunne vurdere hvad en nedbringelse af infektionsantallet kan medføre, er det interessant at undersøge, hvilke konsekvenser hospitalsinfektioner har for den enkelte patient og for samfundet som helhed. Der er stor forskel på hvor store konsekvenser hospitalsinfektioner har for forskellige patienter. For de fleste patienter er hospitalsinfektionerne harmløse, men ofte forlænges indlæggelsestiden. Ved infektioner efter ortopædkirurgiske operationer, forlænges indlæggelsen i gennemsnit med to en halv måned, hvis patienten får en infektion [3]. Ortopædkirurgiske operationer, vil sige operation foretaget i bevægelsesapparatet. Infektioner kan i værste tilfælde føre til invaliditet eller død. I appendiks C, er det blevet beskrevet yderligere, hvad der sker, når man får en infektion, og hvordan disse behandles Menneskelige omkostninger Det er svært at vurdere præcist hvor mange dødsfald, infektioner medfører. Flere kilder anslår det årlige antal dødsfald, som følge af infektioner, til at være omkring 3200 [2] [6]. Patienter der har fået en kraftig infektion, har som regel smerter som følge af infektionen. Under behandlingen for infektionerne, er patienterne ikke i stand til at arbejde. Der er eksempler på patienter, der et år efter at have fået en infektion, stadig må have morfin for at dæmpe smerterne og stadig er uarbejdsdygtige. [1] Det er dog kun et fåtal af patienterne, hvor infektionerne har så betydelige konsekvenser Samfundsøkonomiske omkostninger Sygehusinfektioner koster samfundet mange penge. Statens Serum Institut anslog i år 2000, at sygehusinfektioner koster samfundet ca. 1,1 mia. kr. årligt. [7] Tallet er baseret på en undersøgelse fra Ved en undersøgelse gennemført i 1999, var infektionsraten 8,1% [4] og selvom denne undersøgelse ikke kan sammenlignes direkte med undersøgelsen fra 2008, viser det at infektionsraten ikke har ændret sig betydeligt. Det forventes derfor at udgifterne til infektionerne ligeledes ikke er blevet mindre. Tallet viser derfor at infektioner på sygehusene er en betydelig byrde for samfundsøkonomien. Undersøgelsen fra 1994 konkluderer at infektioner i operationssår, koster samfundet hvad der svarer til ca. 0,5 % af de samlede udgifter til sygehusvæsenet [8]. Disse økonomiske meromkostninger for samfundet opstår, fordi indlæggelsestiden for de berørte patienter bliver længere, hvorved prisen for behandlingen selvfølgelig stiger. Invaliditet som følge af en infektion, kan betyde at patienten skal genoptrænes, hvilket igen øger de totale behandlingsudgifter. Nogle patienter klager til patientklagenævnet og får efterfølgende erstatning, hvis det vurderes at infektionen kunne være undgået. I 2007 blev det anslået, at der de seneste 10 år udbetaltes 282 mio. kr i erstatning for infektioner [2]. Det vurderes at cirka 1 ud af 50 inficerede patienter søger erstatning. Hvis alle havde fået erstatning, ville det ifølge en vurdering foretaget af samvirke, have kostet samfundet op mod 14 mia. kr i perioden [2]. Infektioner kan medføre tab af arbejdsevne. De ramte patienter skal efterfølgende have offentlig understøttelse. Når en person mister arbejdsevnen, er det meget dyrt for samfundet. Personen går fra at være en indkomstkilde for samfundet, igennem skatten, til at være en udgift. Opsummering Det konkluderes at der opstår hospitalsinfektioner i betydeligt omfang på danske sygehuse. Infektionerne er medvirkende til op mod 3200 dødsfald årligt og udgør derudover en økonomisk belastning for samfundet. Nedbringes infektionsantallet, opnås en økonomisk gevinst for samfundet. 6

15 Kapitel 3. Infektionssmitte Kapitel 3 Infektionssmitte Formålet med dette kapitel, er at undersøge årsager til at patienter får infektioner når de er indlagt på et hospital. Desuden undersøges de typer af smitteveje der eksisterer, samt muligheder for at reducere antallet af hospitalsinfektioner. 3.1 Hvorfor får patienter infektioner Infektioner opstår når mikroorganismer inficererer en persons krop. Disse mikroorganismer omfatter svampe, sporer, bakterier og virus [6]. I appendiks C, kan der læses mere om mikroorganismerne, som skaber infektionerne. De særlige infektionsomstændigheder der gør sig gældene for hospitalspatienter, gennemgåes i følgende afsnit Svækkede patienter Patienter under behandling har ofte i forbindelse med deres sygdom et nedsat immunforsvar. Dette skyldes, at de enten er nyligt opererede, modtager medicin eller er syge[9] [6]. Immunforsvaret beskytter kroppen imod virus, bakterier, parasitter og svampe[10]. Når immunforsvaret er nedsat, er denne beskyttelse nedsat, og patienten har derfor større risiko for at blive inficeret[3]. Et eksempel på en hospitalsafdeling hvor patienterne er særligt svækkede er intensiv-afdelingerne, da patienterne på disse afdelinger enten er nyligt opereret eller akut syge[6]. Derfor vil patienter på intensiv-afdelingerne have et kraftigt nedsat immunforsvar, hvilket resulterer i forøget risiko for at pådrage en hospitalsinfektion. Det estimeres at ca. halvedelen af alle patienter på intensivafdelingerne bliver inficeret med hospitalsinfektioner, hvilket kan ses i afsnit 2.1, på side Fremmede bakterier Kigges der alene på antallet af bakterier på et hospital, så er antallet mindre end i et privat hjem. Eksempelvis bliver der gjort rent hver dag på et hospital, hvor der typisk gøres rent hjemme, med 1-2 ugers mellemrum [9]. Grunden til at de bakterier der findes på et hospital alligevel er så farlige, skyldes at bakteriefloraen er anderledes sammenlignet med et privat hjem [9]. Dette skyldes, at mange forskellige mennesker er samlet. Alle disse personer vil transporterer deres egne bakterier med sig, og derfor vil bakteriefloraen være fremmedartet i forhold til den enkelte patient. Da kroppen kender de bakterier der findes i hjemmet, er den vandt til disse og kan bekæmpe dem uden problemer. Immunforsvaret har derimod sværere ved at bekæmpe fremmede bakterier. I de sydlige lande, kan det lokale drikkevand gøre kroppen syg. Dette skyldes at den ikke er vandt til den fremmede bakterieflora, der findes i drikkevandet. De lokale kan derimod sagtens drikke vandet, da de er vandt til bakteriefloraen. Derfor minder denne situation om det, patienter bliver udsat for. 7

16 Kapitel 3. Infektionssmitte Snavs Hvis der er snavs på et hospital, kan dette skabe en ekstra smittekilde i forhold til patienterne[11]. Det er derfor vigtigt at hospitalerne rengøres ordentligt for at undgå snavs[6]. Det kan dog konstateres at der på nogle hospitaler, er problemer med de rengøringsmetoder, som i dag anvendes ved rengøring af hospitalerne. Disse er i nogle tilfælde ineffektive. Dette skyldes at der ofte anvendes tørmopning til rengøring af gulvene på hospitalerne, i stedet for vand og sæbe[12]. Dette er et problem, da tørmopning ikke fjerner snavset som bakterierne sidder i. I stedet for bliver snavset tørret rundt på gulvet, hvilket betyder at bakterierne i snavset spredes.[12]. Tørmopning anvendes ofte fordi det går hurtigere at gøre rent på denne måde. Grunden til at vand og sæbe er langt mere effektivt, skyldes at vand og sæbe fjerner snavset som bakterierne sidder i, hvilket ikke sker ved tørmopning [12] Håndhygiejneproblemer I forbindelse med spredning af hospitalsinfektioner, har god håndhygiejne en væsentlig betydning. Dette skyldes at hænder nemt kan virke som et transportmiddel for mikroorganismer.[6] Dette kan undgås, hvis sundhedspersonalet hele tiden opretholder en fornuftig håndhygiejne [2]. Det kan dog ud fra undersøgelser konstateres, at det kun er ca. 50 % af sundhedspersonalet, der rent faktisk opretholder en tilfredsstillende håndhygiejne[2]. Håndhygiejneproblemer hos sundhedspersonalet vurderes derfor, at være en medårsag til at patienter pådrager sig infektioner under indlæggelse. 3.2 Smitteveje De forskellige typer af smitteveje, der gør sig gældene i forbindelse med hospitalsinfektioner, vil nu blive gennemgået. Smittevejene er opdelt i berøringssmitte og andre smitteveje Berøringssmitte Direkte berøringssmitte Dette foregår ved at to personer rører ved hinanden. F.eks. at en inficeret patient og en patient med et åbent sår rører hinanden, og på den måde overfører smitte via huden [13] [6]. Dette ville normalt være problemfrit, da huden kan beskytte imod indtrængning af mikroorganismer, men har patienten åbne sår eller lign. så kan smitten trænge igennem og derved inficere patienten. Indirekte berøringssmitte Dette foregår ved at en smitte bevæger sig fra en person til en anden, uden at de to personer nogensinde har været i fysisk kontakt med hinanden[13] [6]. Altså bevæger smitten sig her fra patient til patient vha. et mellemled. Dette mellemled kan både være redskaber, sengetøj, almindeligt tøj og sundhedspersonalets hænder. Figur 3.1: Illustration af indirekte smitte Denne type smitte regnes for at være hovedårsagen til at smitte bevæger til rundt på hospitaler[14] [6]. Denne smittespredningstype er farlig, fordi personer nemt kan få deres hænder kontamineret, uden selv at være klar over det. Et muligt scenarie kunne være: Person A har smittespredende mikroorganismer på sine hænder. Person A rører nu ved et skabshåndtag. Der er nu smittespredende mikroorganismer på skabshåndtaget. Person B har desinficeret sine hænder og rører nu ved skabshåndtaget. Person B får 8

17 Sektion 3.2. Smitteveje nu overført nogle af de mikroorganismer der var på håndtaget til hænderne. Person B går nu ind og tjekker en patient. Når person B rører ved patienten overføres nogle af de smittebærende mikroorganismer fra B s hænder til patienten. Mikroorganismerne er nu overført fra Person A til håndtaget, fra håndtaget til person B og fra person B til patienten. Dette er på trods af, at person A og patienten muligvis aldrig har mødt hinanden. Dette betyder dog ikke nødvendigvis, at patienten bliver inficeret [6]. Men risikoen for en infektion vil være til stede Andre smitteveje Luftbåren smitte Luftbåren smitte er mikroorganismer, der befinder sig i støv og mikroskopiske dråber, der er opløst i luften. Dråbesmitten kan eksempelvis forekomme når folk nyser [13] [6]. Dråben, der indeholder mikroorganismer, falder enten til jorden, eller tørrer ind til en lille luftbåren kerne. Er det sidstnævnte tilfældet, kan denne kerne holde sig svævende i flere timer og bevæge sig rundt i luften, hvilket spreder mikroorganismerne langt. Dette betyder, at der opstår en vis sikkerhedsrisiko ved at være i samme bygning som den smittede[6]. Dette kaldes for dråbekernesmitte. Dråbekernerne er specielt farlige, da de er så små, at de kan trænge direkte ned i blodbanerne igennem lungerne. Smitten via støv kan både stamme fra indtørrede dråber der ligger på gulvet samt fra mennesker selv [13]. "Hvert menneske afgiver omkring hudpartikler pr. døgn, og der regnes med, at ca. 10% af dem er bakteriebærende" [6]. Faren ved disse bakterier er, at de bliver hvirvlet op hvis der er aktivitet i området. Dog vurderes støvsmitten primært at være farlig hvis ens immunforsvar er nedsat. Hyppigheden af støvsmitte vurderes til at være sjælden [13]. Fødevarebåren smitte Denne opstår når en fødevare er kontamineret[13]. Når en person indtager kontamineret mad, skaber dette adgang til kroppen, for infektionen i fødevaren. Blodbåren smitte Smitten består i, at blod fra en patient med en blodsygdom bevæger sig ind i blodet på en rask person[13]. På nutidens hospitaler er dette primært til fare for personalet, da de kan risikere at stikke sig på brugte kanyler[6]. Af samme årsag vurderes denne smitte til at være yderst sjælden Indsatsområde til bekæmpelse af smitteveje Det er konkluderet i forige afsnit, at det er den indirekte berøringssmitte der er hovedårsagen til smittespredning på et hospital. Spørgsmålet er blot hvor denne indirekte berøringssmitte finder sted. Hans Jørn Kolsmos, professor i klinisk mikrobiologi og afdelingslæge Elsebeth Tvenstrup Jensen pointerer i en udtalelse omkring korrekt rengøring, med henblik på infektionsreducering, følgende: "det [er det] nære patientmiljø, dvs. sengebord og senge, men også dørhåndtag og andre håndgreb, telefoner samt naturligvis bad og toiletter, der skal holdes rent."[15]. Dette vil sige, at det især er på følgende indsatsområder, der skal være fokus på hygiejnen: sengeborde, senge, dørhåndtag, andre håndgreb, telefoner, bade og toiletter. Forbedres omgangen med disse objekter, set i forhold til et mikrobiologisk niveau, vil dette reducere den indirekte berøringssmittes smitteveje. Dette kan enten gøres ved at vaske/desinficere hænderne efter kontakt med objekterne, rengøre objekterne hyppigere eller ved helt at undgå fysisk kontakt med objekterne. Kunne det f.eks. lade sig gøre at fjerne den fysiske kontakt imellem sundhedspersonale og håndgreb, ville dette reducere risikoen for at sundhedspersonalets hænder kontamineres eller omvendt. Derved vil dette mindske risikoen for, at sundhedspersonalet får overført uønskede mikroorganismer til patienterne. I sidste ende vil dette betyde en nedsættelse af den sekundære berøringssmittes smitteveje og altså færre infektioner. 9

18 Kapitel 4. Det berøringsfrie håndtag kontra andre løsninger 3.3 Reduktion af hospitalssmitte Det vides, at patienter er særligt udsatte for smittefare når de er indlagt på et hospital. Dette skyldes nedsat immunforsvar, samt tilstedeværelsen af fremmede mikroorganismer. Det vides ligeledes at det er det nære patientmiljø der skal holdes rent for mikroorganismer, samt at størstedelen af hospitalsinfektioner skyldes indirekte berøringssmitte. Ønskes det at nedsætte smittefaren for en patient, vil det derfor være oplagt at fjerne disse fremmede mikroorganismer fra patientmiljøet, samt at afskære mikroorganismernes smitteveje ved f.eks. at forbedre sundhedspersonalets håndhygiejne. En metode til at opnå dette er effektiv rengøring, samt god uddannelse af sundhedspersonale, således at der kan holdes en god hygiejne omkring patienten. Et eksempel på dette er er Sydvestjysk sygehus. I en undersøgelse fortaget af statens seruminstitut [16], viste det sig at Sydvestjysk sygehus havde langt færre tilfælde af hospitalsinfektioner, sammenlignet med landsgennemsnittet. På Sydvestjysk sygehus fandt man at kun 9 ud af 280 patienter havde fået en infektion under deres behandlingsophold. Dette giver en procentsats på 3,2%. På landsbasis havde 185 ud af 2226 patienter fået en infektion under deres hospitalsindlæggelse. Dette giver en procentsats på 8,3%. Altså ligger Sydvestjysk sygehus 5% under landsgennemsnittet i denne undersøgelse. Resultatet er ikke enestående, da Sydvestjysk sygehus klarede sig lige så godt, da lignende undersøgelser blev fortaget i henholdsvis 1999 og år 2003.[16] Årsagen til det meget lave antal hospitalsinfektioner på Sydvestjysk sygehus forklares som følgende. "Den lave forekomst af sygehuserhvervede infektioner på Sydvestjysk Sygehus er et resultat af flere års systematisk arbejde med hygiejne, der blandt andet har omfattet organisering og uddannelse af medarbejderne"[16]. Sydvestjysk sygehus er derfor et direkte bevis på, at fokus på hygiejnen samt uddannelse af sundhedspersonale, mindsker omfanget af hospitalsinfektioner ganske betragteligt. Det kan derfor konkluderes at øget fokus på hygiejne, samt bedre rengøring, er effektive løsninger på problemstillingen [6]. Opsummering Patienter er særligt udsatte for infektioner, grundet en række parametre der gør sig gældende på hospitaler. Disse parametre er tilstedeværelsen af fremmede bakterier, svækket immunforsvar hos patienterne, snavs omkring patienterne samt håndhygiejneproblemer hos sundhedspersonalet. Smitten som skaber infektionerne bliver hovedsageligt spredt ved indirekte berøringssmitte. Den indirekte berøringssmittes primære smittekilder er sengeborde, senge, dørhåndtag, andre håndgreb, telefoner, samt bad og toiletter. Antallet af hospitalsinfektioner kan reduceres ved en mere effektiv rengøring, samt øget fokus på håndhygiejnen hos sundhedspersonalet. Kapitel 4 Det berøringsfrie håndtag kontra andre løsninger Dette afsnit forklarer ideen bag og funktionen for det berøringsfrie håndtag (for eftertiden BFH). BFH sammenlignes med andre muligheder til reducering af infektionsantallet. Dette gøres for at vurdere, hvor god en løsning BFH er i forhold til alternativerne. De andre muligheder er fundet i forbindelse med informationssøgning på problemet med sygehusinfektioner. Der laves økonomiske betragtninger og sammenligninger, baseret på gruppens vurderinger. 10

19 Sektion 4.1. Det berøringsfrie håndtag 4.1 Det berøringsfrie håndtag Ideen med det berøringsfrie håndtag er, at mindske antallet af hospitalsinfektioner, ved at begrænse spredningen af skadelige mikroorganismer på hospitaler. Dette kan gøres ved at eliminere den smittevej, der opstår, når hospitalets sundhedspersonale undersøger en smittebærende patient, og derefter anvender et håndgreb uden først at rengøre hænderne. På den måde spredes smitten til den næste person der anvender håndgrebet. Denne smittevej vil kunne fjernes, hvis sundhedspersonalet helt undgår at røre ved diverse håndgreb, ved at betjene dem berøringsfrit. Dette kan opnås hvis alle håndgreb eksempelvis erstattes med sensorer, der detekterer når nogen ønsker at interagere det objekt som sensoren styrer. Dette kan f.eks. opnås vha. elektromotorer der, baseret på inputs fra sensorerne, bevæger skuffen ind og ud. Det er vigtigt at pointere, at BFH vil virke som en erstatning for nutidens håndgreb, og derfor skal den være yderst letanvendelig. På den måde vil det blive muligt for brugerne nemt at påvirke diverse objekter berøringsfrit. Omkostningsmæssigt er BFH en forholdsvis dyr løsning at indføre, da det er nødvendigt at skifte skuffer og skabe ud med nyt interiør. Herefter vil der primært være udgifter til strøm og vedligeholdelse, hvilket vurderes at være meget små udgifter for et hospital. Der er altså tale om en engangsudgift hvis BFH skal indføres på et hospital. Ved nybyggede hospitaler er merudgiften forholdsvis lille, da der her alligevel skal købes nyt interiør. 4.2 Forøget forbrug af antibiotika Det er muligt at anvende antibiotika hyppigere end det gøres i dag, hvis det ønskes at nedbringe antallet af hospitalsinficerede patienter. Det vil sige at antibiotika skal bruges præventivt og gives til raske patienter der har risiko for at få infektioner. Dette ville resultere i en væsentlig reduktion af risikoen for bakterieinfektioner under indlæggelsen. Problemet med dette er, at det med tiden vil skabe et større antal multiresistente bakterier, hvilket begrundes i appendiks C. Derfor ville denne løsning kun være brugbar på kort sigt, mens den ville være katastrofal på længere sigt, da der ville opstå epidemier grundet bakterier, der ikke kan behandles med antibiotika[17]. Ydermere er antibiotika ikke effektivt til bekæmpelse af hverken virus eller svamp, hvilket også begrundes i appendiks C. Selvom effektiviteten for BFH formentligt er væsentligt mindre, betragtes det som en mere holdbar løsning på længere sigt, idet BFH ikke er skyld i dannelse af multiresistente bakterier. 4.3 Fokus på hygiejneområdet Som det beskrives i afsnit 3.1.4, er der problemer med at sygehuspersonalet ikke altid har optimal håndhygiejne. I afsnit 3.3, er det blevet vist at hvis der på sygehuset sættes fokus på håndhygiejnen, kan infektionsraten nedbringes betydeligt. Det er derfor en løsning på problemet, at sætte fokus på håndhygiejnen på hospitalerne. Løsningen kræver en ændring af sundhedspersonalets arbejdsgange og vaner, hvilket kan være svært. For langvarig succes kræves det, at hygiejnen virkeligt integreres og tænkes ind i arbejdsgangen så det bliver en vane for personalet. Dette kræver uddannelse samt ændringer i organiseringen af arbejdet på sygehusene. Samtidigt skal den fysiske indretning tilpasses. F.eks. skal der opsættes spritdispensere på sygehuset, således personalet passer dem ind i arbejdsgangen. Løsningen kræver at det lykkes at forbedre sygehuspersonalets arbejdsgange. Dette kan tage lang tid, da det er svært at ændre personalets adfærd. Det er vigtigt at blive ved med at holde fokus på håndhygiejnen, da personalet ellers kan begynde at "glemme" den gode hygiejne igen. F.eks. ved personalet allerede godt at håndhygiejnen er vigtigt, men alligevel bliver der ikke altid udført korrekt håndhygiejne. En del af løsningen består i, at indtænke hygiejneforhold i indretningen på sygehusene. Nybyggede hospitalsbygninger er indrettet mere med fokus på hygiejne, således at det i større grad automatisk bliver en selvfølge for personalet at tænke hygiejne [6]. Større fokus på hygiejne kræver således investeringer i sygehusets indretning og derudover det vedvarende arbejde med at holde fokus på god hygiejne blandt personalet. Over tid vil dette formentligt være en større udgift end BFH. 11

20 Kapitel 5. Placering og anvendelse Øget fokus på håndhygiejnen har samme formål som BFH, nemlig nedbringelse af berøringssmitte. Hvis håndhygiejnen udføres konsekvent og korrekt, vil den således være en bedre løsning end BFH, da al berøringssmitte her fjernes. BFH kun vil fjerne smitteoverførsel via de håndgreb hvor det er implementeret. BFH vil f.eks. ikke afhjælpe berøringssmitte overført via sengekanter og lignende berøringsoverflader. Bl.a. derfor er øget fokus på hygiejen en af de mest effektive løsninger på problemet [6]. 4.4 Øget rengøring Øges rengøringen på de danske hospitaler, således at rengøringen foretages hyppigere og grundigere, vil dette reducere antallet af mikroorganismer. Hvis håndgrebene rengøres ofte, vil det ikke betyde så meget, at der overføres smitte til dem, idet rengøringen vil fjerne denne smitte igen. Herved vil smitteoverførslen og infektionsantallet også blive mindre. Dette kræver dog at der rengøres flere gange om dagen, og dette betyder at der skal ansættes betydeligt mere rengøringspersonale. Derfor er dette en dyr løsning. Opsummering Forebyggende anvendelse af antibiotika er ikke nogen brugbar løsning på problemet, da der vil opstå multiresistente bakterier. Øget rengøring på hospitalerne er en meget dyr løsning og er derfor heller ikke brugbar i praksis. Den bedste løsning vil generelt være, at få sundhedspersonalet til at fokusere mere på hygiejnen i deres dagligdag. I interviewet[6], svarede de to hygiejnesygeplejersker på spørgsmålet: "Hvor vil i mene at den bedste forbedring af hygiejnen kan foretages?". De svarede: "Desværre ikke med berøringsfri håndtag men nok nærmere med stadig større fokus på håndhygiejne. Mere plads og flere enkeltstuer, og så tænke hygiejne ind i sine daglige rutiner". [6] BFH kan på denne måde betragtes som en del af løsningen, men det kan konkluderes at det ikke er tilstrækkeligt at lade den stå alene. BFH skal bruges som et delelement, af en generel øget fokus på hygiejne. Her kan den være et godt værktøj til at opretholde hygiejnen på nogle specifikke steder. På denne måde kan BFH bidrage til at nedbringe infektionsantallet. De interviewede hygiejnesygeplejesker, er også af denne opfattelse: "Vi mener at det er en god idé at have så mange hjælpemidler som muligt, der kan lette hverdagen, og infektionshygiejnisk at være med til at gøre det bedre for patienterne at være indlagt. Det kan for eksempel være et berøringsfrit greb." [6]. Kapitel 5 Placering og anvendelse I dette kapitel bestemmes det, på hvilke steder og i hvilke situationer, det er relevant at anvende BFH. Vurderinger omkring dette gøres af projektgruppen på baggrund af det interview[6] der er foretaget med 2 hyggiejnesygeplejesker, samt den information der er fundet i forbindelse med informationssøgning omkring sygehuse og sygehusinfektioner. Med udgangspunkt i de fundne anvendelsessituationer, kan der opstilles en række krav til BFH, i forhold til virkemåde og betjening. Derudover kan der fastsættes krav til dets udformning på basis af det fysiske miljø hvor BFH skal placeres. 12

21 Sektion 5.1. Placering og anvendelsessituationer 5.1 Placering og anvendelsessituationer Ved konstruktionen af BFH, er det nødvendigt at vurdere på hvilke afdelinger, det skal installeres. Dette skyldes at placeringen vil sætte krav til udformningen, opbygningen samt de fysiske kriterier. Det er ikke alle afdelinger på hospitalerne, der er lige udsatte for sygehusinfektioner. Derfor skal BFH kun indføres på steder, hvor det forventes at kunne reducere antallet af hospitalsinfektioner. Som beskrevet i afsnit 2.1, er der på intensivafdelinger en meget stor infektionsrate. Dette antyder at intensivafdelingen ville være et særligt relevant indsatsområde. I forbindelse med interviewet [6], blev flere hospitalsafdelinger fremvist. Baseret på fremvisningen og hygiejnesygeplejeskernes udtalelser, vurderes det at BFH vil være en hjælp på netop intensivstuerne, samt i skyllerummene, som bruges til at rengøre og opbevare rent og sterilt udstyr der genbruges. Derfor gennemgåes disse placeringer og deres muligheder, i forbindelse med BFH Patientstuer på intensivafdelinger På intensivafdelingerne ligger særligt syge patienter. Disse patienter er derfor særligt modtagelige for infektioner. På intensivstuerne findes mobile skuffedarier, som vises på figur 5.1. Disse bruges til opbevaring af sterilt udstyr og derfor er det et krav at personalet vasker hænder før de betjener dem. Det er på grund af patienternes svækkede situation meget vigtigt at skufferne holdes rene. Skuffedarierne er udstyret med hjul, så de kan flyttes rundt. Dette er praktisk, da de herved kan flyttes hen hvor de skal bruges. BFH vil være nyttigt her, da personalet benytter skufferne i forbindelse med patientkontakt. Derfor vil personalet nemt kunne overføre smitte fra patienterne, til skufferne. Ved undersøgelse af næste patient, vil smitten herved kunne overføres fra skuffen Skyllerum Det kan være aktuelt at indføre BFH i hospitalernes skyllerum. I disse rum bliver udstyr, der genbruges, rengjort og opbevaret. Skabe og skuffer i disse rum indeholder sterilt udstyr. Det er her, ligesom på intensivafdelingerne, påkrævet at personalet vasker hænderne inden diverse håndgreb betjenes [6], da dårlig håndhygiejne kan medføre spredning af smitte Figur 5.1: Mobilt skuffe-møbel Installation Det er vigtigt at BFH bliver designet, så det kan installeres i almindelige skuffer og skabe. Her tænkes hovedsageligt på BFH s fysiske udformning. Det er muligt at BFH skal kunne eftermonteres i det møblement, som allerede findes på de danske sygehuse. Det kunne tænkes at der vil forekomme en del komplikationer ved dette. Der kan ikke tages højde for alle skuffer og skabes fysiske udformning, eller konstruktionsmateriale, hvilket kan umuliggøre eftermontering af BFH. Det vurderes ydermere at eftermontering vil være for omkostningsfuldt. Derfor skal BFH leveres som et komplet møbel. 5.2 Fysiske krav I følgende afsnit er tænkelige fysiske krav til BFH opstillet. Disse er fundet på baggrund af det foretagede interview[6], oplysninger fra informationssøgningen, gruppens egne vurderinger, samt enkelte tests der er blevet foretaget. Det er en god ide at undersøge brugsmiljøet der hvor elektroniske systemer, som BFH, skal implementeres. Derfor er det relevant at undersøge hvilke betingelser 13

22 Kapitel 5. Placering og anvendelse der gælder, i de lokaler som BFH skal anvendes. I dette tilfælde på intensivafdelingernes patientstuer og hospitalets skyllerum Temperatur Et hospital er en opvarmet bygning, og da BFH skal implementeres her, vil temperaturen som BFH skal fungere under være forholdsvis stabil. Det er vurderet at temperaturintervallet ligger mellem grader celsius, da projektgruppen har vurderet dette som værende normal stuetemperatur. Derfor vil det i langt de fleste tilfælde være tilstrækkeligt, hvis BFH udelukkende virker indenfor dette temperaturinterval. Det kan dog tænkes, at der opstår særlige situationer hvor et bredere temperaturinterval vil være påkrævet. F.eks. hvis BFH er placeret på en skuffe der rammes af direkte sollys. Ligeledes kunne det tænkes, at BFH implementeres i skabe der hænger nær et åbent vindue en kold vinterdag. Derfor vil et realistisk temperaturinterval være mellem 0 og 70 grader celsius Fugtighed og væsker Luftfugtigheden på et hospital burde aldrig blive høj. Derfor burde luftfugtigheden ikke blive et problem for BFH. Dog kan væsker blive et problem, da BFH skal kunne rengøres med en våd klud. Derfor er det vigtigt at BFH konstrueres på en sådan måde, at en våd klud ikke gør BFH ufunktionsdygtigt. Da der kan benyttes vand og rengøringsmidler til rengøring, skal BFH kunne modstå disse[6]. Ligeledes skal BFH kunne klare at blive desinficeret med bl.a. sprit. Dette betyder altså at BFH s indre dele skal være omgivet at et materiale som kan modstå både vand og alle former for rengørings og desinfektionsmidler Rystelser BFH er som tidligere nævnt bl.a. tiltænkt mobile skuffedarier. Derfor må det forventes, at BFH vil blive udsat for rystelser når skuffedarierne flyttes. Det forventes at den største belastning forekommer, idet skuffedariet køres over en kant, eksempelvis et dørtrin. Det antages at BFH ikke skal køres over kanter der er højere end 2 cm. Hastigheden hvormed BFH køres, vil ikke være hurtigere end rask gang, hvilket vurderes til at være 5 km/t. Hvis der er større kanter, vurderes det at man naturligt vil sænke farten inden kanten passeres Elektricitet BFH er et elektrisk apparat, og kræver derfor en strømforsyning for at kunne fungere. Det kunne tænkes at møbler med BFH, skal tilsluttes 220 V elnet. I forbindelse med flytning af de mobile skuffedarier, vil det være praktisk at det ikke konstant skal være tilsluttet elnettet. Dette skyldes at tilslutning af strøm kan være besværligt i en travl hverdag. Derfor vil det være hensigtmæssigt at udstyre skuffedariet med et batteri. Derved vil det kun være nødvendigt at tilslutte skuffedarierne, hvis de i en længere tid skal placeres på samme sted, eller skal oplades. Det er i den forbindelse fordelagtigt at BFH er konstrueret så energiforbruget holdes lavt, da dette vil forlænge batteritiden. Det er vurderet af projektgruppen, at BFH ved normalt brug skal kunne fungere i 3 dage, med mindst 200 åbninger med tilhørende lukninger, på et genopladeligt batteri. 200 gange svarer til ca. 8 åbninger i timen, hvilket vurderes til at være normalt brug. Batteriet skal lade under normal drift mens BFH kører på 220 volt netstik Støj Det er tænkeligt at BFH kan støje under brug. Hvis BFH larmer, kan det genere patienter og personale og derved medvirke til et dårligt arbejdsmiljø. Der er to tilfælde for støjniveauet, når BFH er i brug og når den ikke er i brug. BFH forstås at være i brug under åbning eller lukning. BFH forstås ikke at være i brug, når den er tændt og er klar til at åbne/lukke skuffen. Dette er ikke det samme som hvis BFH er slukket. 14

23 Sektion 5.3. Betjeningskrav Gruppen har udarbejdet en støjtest, til at bestemme hvor meget en traditionel arkivskuffe larmer, idet det vurderes at dette er et acceptabelt støjniveau for BFH under brug. Testen kan ses i bilag 3. Her findes støjniveauet ved åbning/lukning af en traditionel arkivskuffe til at være 74 db(a). Derfor har gruppen vurderet at BFH ikke må larme mere end dette under brug. BFH på intensivstuer er i rum hvor mennesker sover. For ikke at genere disses søvn, må BFH ikke kunne høres af det menneskelige øre, når den ikke er i brug Sterilitet Da BFH skal monteres i skabe og skuffer, der kan indeholde sterile redskaber, er det vigtigt at BFH ikke kontaminerer disse ved at afgive kemikalier. Derfor skal BFH overholde den lovgivning der måtte findes i forbindelse med sterilt medicinsk udstyr. Lovgivning i forbindelse med BFH gennemgås i kapitel Betjeningskrav Når BFH installeres nedsættes brugerens kontrol af henholdsvis skabe og skuffer. Det er derfor vigtigt at BFH opfører sig efter hensigten, da der ellers tænkes at forekomme farlige eller uhensigtsmæssige situationer. BFH skal derfor kontrueres så det er så brugervenligt og sikkert at bruge som muligt. BFH må ikke være sværere at bruge eller langsommere end en almindelig skuffe/låge, da det herved vil blive en hindring og til gene for brugeren. I det følgende er der opstillet og gennemgået krav der skal sikre dette Hastighed Åbnings- og lukkehastigheden for BFH er vigtig for brugerens interaktion med denne. Brugeren skal selv have mulighed for at styre hastigheden for åbningen/lukningen, idet det skal være muligt at åbne låger og skuffer langsomt hvis de indeholder skrøbelige genstande. Samtidigt skal det være muligt at åbne skuffer og skabe med en hastighed, så brugeren ikke skal vente på åbningen/lukningen. Dette er vigtigt da BFH ellers vil optræde som en hindring i personalets daglige arbejde. Hvis BFH er mindst lige så hurtig som almindelige skabe og skuffer, må dette føles som en passende hastighed. På basis af dette, kan der fastsættes et minimumskrav for hvor hurtig BFH skal være. Kravet består af en minimumsacceleration samt en minimumshastighed, for åbningen og lukningen. Der er foretaget en test af hvor hurtigt en skuffe og skabslåge accelereres og hvad minimumshastigheden er, ved manuel betjening. Detaljerne for hvordan testen er udført, findes i bilag 2. Det er forsøgt at åbne og lukke skuffen og skabslågen under testen hurtigst muligt, uden at der skulle komme skader på denne eller testpersonen. Der er ved denne test fundet at minimumshastigheden for skuffer skal være mindst 1m/s og ved skabslåger 1, 7m/s. Desuden er der fundet at skuffer skal accelerere med mindst 3, 8m/s 2 og skabslåger med mindst 11m/s 2. Værdierne for skabslågerne gælder i yderkanten af skabslågen, altså der hvor hastigheden og accelerationen er størst Bremseeffekt Når en skabslåge eller skuffe når sin yderposition, altså fuldt åbnet eller helt lukket, vil åbningen eller lukningen stoppe meget brat. Hvis lågen/skuffen har for stor fart idet yderpositionen nås, kan dette beskadige indholdet. Det vil ligeledes være en hård belastning for skuffen/lågen og kan beskadige de mekaniske dele i BFH, som vist på figur 5.2. Denne beskadigelse kan ligeledes opstå hvis brugeren bevidst åbner eller lukker skuffen for hurtigt, men det vurderes her at være op til brugeren at undgå skade, på samme måde som det er ved almindelige skuffer og skabe. Brugeren kan dog ikke se hvor yderpositionerne er og er muligvis ikke opmærksom på dette ved åbning og lukning, derfor skal BFH have en sikkerhedsfunktion der sørger for automatisk at nedsætte hastigheden umiddelbart før en yderposition nås. Det vurderes 15

24 Kapitel 5. Placering og anvendelse Figur 5.2: BFH kan beskadiges, grundet manglende bremseeffekt at denne deacceleration skal begynde 10 cm før yderpositionen er nået, for at opnå en tilpas blød nedbremsning af lågen/skuffen Sikkerhedssystem Det er nødvendigt at BFH har sikkerhedsforanstaltninger indbygget, til at beskytte brugeren. Et eksempel på en uheldig situation der kunne forekomme, er hvis brugeren skulle få hånden i klemme ved lukning. Er dette tilfældet ville brugeren kunne risikere at få hånden beskadiget. Det er derfor vurderet af gruppen, at BFH skal være i stand til at detektere, hvis der kommer noget i klemme, og efterfølgende stoppe skuffens lukke-bevægelse. Figur 5.3: Hånd i klemme Samme kriterier vil gøre sig gældende for automatiske skabslåger, og døre med BFH monteret. Lignende sikkerhedsforandstaltninger findes allerede i dag. Et oplagt eksempel er den sikkerhedsfunktion, der findes i nyere elektriske bilvinduer. Placerer man en finger i rudeåbningen og lukker for vinduet, vil det stoppe lukkebevægelsen, for at undgå skade på brugeren. Der er ligeledes brug for et sikkerhedssystem, der kan sikre at låger og skuffer stopper når bevægelsesretningen er blokeret ved åbning. BFH skal derfor kunne detektere hvis lågen eller skuffen rammer et objekt under åbning og efterfølgende standse denne. Skabe og skuffer med monteret BFH, må ikke åbne eller lukke på uønskede tidspunkter. Bevæger en person sig eksempelvis forbi et skab der pludselig åbner, kan personen komme til skade. Derfor er det nødvendigt at der ved kontruktion af BFH, tages højde for dette. I forbindelse med ovenstående er det nødvendigt, at det for BFH er muligt at justere følsomheden for den sensor, der registrerer om BFH skal åbne eller lukke. Dette er nødvendigt da BFH skal kunne justeres til hver enkelt rum, da rum kan variere i lysniveau, lydniveau og fysiske dimensioner. Under det foretagne interview, blev det fremhævet at dette er nødvendigt, idet man på sygehuset har problemer med automatiske vandhaner der ikke kan justeres [6] Manuel betjening BFH skal kunne betjenes manuelt på konventionel vis. Dette skal kunne gøres uanset om BFH er tændt (der er strøm på systemet) eller slukket, således genstandene i møblet altid kan tilgås. I tilfælde af at BFH s batteriforsyning bliver afladet eller svigter, er det nødvendigt at skuffer/låger kan åbnes uden tilsluttet strøm. Det skal derfor være muligt at åbne skuffer/skabe på konventionel vis. 16

25 Kapitel 6. Lovgivning Fejltolerance ved betjening Det er relevant at bestemme hvor stor en fejlrate der må være ved betjening af BFH. Dette skyldes at BFH skal anvendes på hospitaler, hvor fejl kan have fatale konsekvenser. Gruppen har vurderet at BFH skal have en fejlrate under 1%. Dette betyder at det maksimalt er 1 ud af 100 gange, at BFH vil lave en fejlåbning. Risikoen for at BFH laver en fejlåbning to gange i træk, vil derfor maksimalt være 1 til Nødstop I tilfælde af fejl, skal det være muligt at slukke BFH. Det er derfor hensigtsmæssigt at BFH har en indbygget deaktiveringsknap. Ved interviewet med hygiejnesygeplejeskerne, gjorde de det klart at en deaktiveringsknap er nødvendig [6]. En deaktiveringsknap kunne eksempelvis forestilles at være nødvendigt i forbindelse med rengøring. Dette skyldes at man ikke er interesseret i at skuffen åbner under rengøringen Betjening I forbindelse med betjeningen, er det hensigtsmæssigt at en hånd kan være fri mens BFH betjenes. Dette er nødvendigt så betjeningen af skuffer og skabe ikke er mere besværlig end traditionelle skuffer. Dette kan medføre at personalet bliver irriterede, stressede eller helt undlader at bruge BFH, til fordel for det traditionelle håndtag. Opsummering Det er vurderet at BFH vil gøre mest gavn på patientstuerne på intensivafdelingerne og i de enkelte afdelingers skyllerum. Intensivafdelingerne er vurderet relevante, da patienterne her er mest udsatte for infektioner. I skyllerummene opbevares der udstyr som skal være sterilt, og derfor er dette et relevant sted at implementere BFH. Det er vurderet omkostningsfuldt og besværligt at eftermontere BFH. BFH skal derfor leveres som et færdigt møbel. Der er opstillet fysiske og betjeningsmæssige krav, som det er nødvendigt at BFH overholder. Dette er gjort for at sikre at BFH fungerer efter hensigten, i de ønskede omgivelser. Kapitel 6 Lovgivning I forbindelse med udvikling og indførelse af BFH er det vigtigt at undersøge om der stilles særlige krav til elektroniske apparater, som bruges på et hospital. Der vil i dette kapitel blive redegjort for den fundne relevante lovgivning, og hvordan det er muligt at sørge for, at BFH overholder denne. 6.1 Lovgivning til medicinsk udstyr I forbindelse med nyt medicinsk udstyr, der skal bruges på de danske sygehuse skal disse godkendes af DGM (Dansk Godkendelse af Medicinsk udstyr). Med henblik på en CE mærkning af det enkelte produkt, er det dem, der foretager disse certificerings- og godkendelsesopgaver.[18] Medicinsk udstyr er alt udstyr, som fra fabrikantens side er beregnet til brug ved behandling af mennesker. Dette er uanset om det drejer sig om diagnosticering, overvågning, forebyggelse, 17

26 Kapitel 6. Lovgivning behandling eller lindring.[19] Det er et meget bredt spekter af produkter, som dækkes af bekendtgørelsen "medicinsk udstyr". Derfor er det ikke fundet hensigtsmæssigt, at alt medicinsk udstyr skal igennem samme godkendelseprocedure.[20] Det medicinske udstyr opdeles i 2 grupper og herunder 4 risikoklasser (I, IIa, IIb og III). Klasse I er yderligere opdelt i udstyr der sælges sterilt (Is) og det der sælges med målefunktion (Im). De 2 grupper er aktivt medicinsk udstyr og ikke-aktivt medicinsk udstyr. Det aktive er alt udstyr, som afhænger af en energikilde for at kunne fungere. Ikke-aktivt er alt resterende.[21] BFH vil afhænge af en energikilde for at kunne fungere og vil derfor gå under den aktive gruppe. De forskellige klassifikationer, som grupperne inddeles i, skal afspejle den risiko, der er i forbindelse med anvendelsen af det enkelte produkt, så kontrollen passer til risikoen. Herunder sårbarheden af de legemsdele det skal bruges på og i hvor lang tid. Klasse I er produkter med lavest risiko og klasse III, er dem med højest. Klasse III omfatter bla. udstyr der kommer i kontakt med dele af kroppen som centralnervesystemet og hjertet.[20] Klasse Is er sterilt udstyr.[22] Da BFH skal monteres i skabe og/eller skuffer indeholdende sterilt udstyr, vil det derfor skulle indgå i sidstnævnte klassificering og efterleve de stillede krav for denne Krav til klasse Is Der er forskellige krav, som produkterne i klasse Is skal overholde. For at det er muligt at vurdere om det enkelte produkt i klasse Is overholder disse krav, skal fabrikanten udarbejde teknisk dokumentation for produktet, (også kaldet EF-overensstemmelseserklæring), der skal indeholde følgende [22]: En generel beskrivelse af produktet og eventuelle planlagte varianter. Konstruktionstegningerne, en beskrivelse af de fremstillingsmetoder, der tænkes anvendt, samt diagrammer over komponenter, delmontager, kredsløb mv. Beskrivelser og forklaringer, der giver forståelse for de førnævnte tegninger og diagrammer og for hvorledes produktet fungerer. Resultaterne af risikoanalysen samt en liste over harmoniserede standarder, som helt eller delvis er anvendt, samt en beskrivelse af de løsninger, der er valgt for at opfylde de væsentlige krav i Direktivet, når harmoniserede standarder ikke er anvendt fuldt ud. For produkter, der markedsføres i steril tilstand, en beskrivelse af de metoder, der er anvendt. Resultaterne af de foretagne konstruktionsberegninger og inspektioner mv.; hvis en anordning skal tilsluttes en eller flere andre anordninger for at kunne fungere efter hensigten, skal det bevises, at den opfylder de relevante væsentlige krav, når den er tilsluttet sådanne anordninger, som har de karakteristika, der er anført af fabrikanten. Prøvningsrapporter og i givet fald kliniske data. Mærkning og brugsanvisning. Denne tekniske dokumentation skal desuden være til rådighed for Lægemiddelstyrelsen i Danmark, så disse ved forespørgsel kan få denne tilsendt. Efter produktionsophør skal den tekniske dokumentation være tilgængelig i op til 5 år. Der skal ved et produkt i klasse Is desuden indføres og adjourføres et ulykkesrapporteringssystem, som fabrikanten står for. Systemet skal bruges til dataopsamling efter markedsføring, for at produktet kan korrigeres for eventuelle fejl. Hvis der findes fejl, skal fabrikanten omgående give besked til Lægemiddelstyrelsen, når denne omhandler[22]: Information om hændelser, der kan medføre eller kan have medført en patient eller brugers død eller en alvorlig forværring af helbredstilstanden. Information om tilbagekaldelse af produkter fra markedet med oplysning om årsag. 18

27 Sektion 6.2. CE-Mærkning 6.2 CE-Mærkning Det er et krav i EU at medicinsk udstyr skal CE-mærkes.[23] For at medicinsk udstyr i klasse Is kan opnå en CE-mærkning, er det et krav, at fabrikanten skal overholde den tekniske dokumentation som beskrevet tidligere. For at sikre at det enkelte produkt overholder de aspekter der sørger for at fremskaffe og opretholde en steril tilstand, er der sat følgende punkter, som fabrikanten rent praktisk skal foretage sig [22]: Indsendelse af ansøgning til det bemyndigede organ (ansøgningsblanketter findes under området "Dokumenter"på DGMs hjemmeside) Fabrikanten udarbejder og implementerer kvalitetsprocedurer, som nøje beskriver de processer og procedurer, der vil blive anvendt i forbindelse med sterilisering Kvalitetsprocedurerne indsendes til det bemyndigede organ, som på basis af dokumentationen udarbejder en præevalueringsrapport til fabrikanten. Det bemyndigede organ foretager en audit på fabrikantens (eller dennes underleverandørs) adresse, for at sikre at kvalitetssystemet lever op til direktivets krav. Det bemyndigede organ auditerer kun de dele af kvalitetssystemet, som vedrører sterilisation. Fabrikanten underretter løbende det bemyndigede organ om enhver påtænkt væsentlig ændring af kvalitetssystemet. Fabrikanten indfører et ulykkesrapporteringssystem. Når audit er veloverstået og alle eventuelle afvigelser er lukket, udstedes attest i henhold til bilag V i [22]. På basis af den tekniske dokumentation og den udstedte attest fra det bemyndigede organ, udarbejder fabrikanten en overensstemmelseserklæring, hvori denne garanterer og erklærer, at de pågældende produkter opfylder de relevante krav i direktivet for medicinsk udstyr - 93/42/EØF som det er indført i de lande, hvor markedsføring af produkterne finder sted. Fabrikanten CE-mærker produktet. Hvert eller hvert halve år foretages herefter kontrolaudit til sikring af, at fabrikanten til stadighed opfylder kravene i bilag V i[22]. I forbindelse med denne praktiske procedure gælder det for Danmark, at DGM er det bemyndigede organ [21]. 6.3 EMC-direktivet og de harmoniske standarder Ud over kravene inden for medicinsk udstyr som bekrevet tidligere, er der også specifikke krav til elektriske og elektroniske apparater, som sælges og bruges i EU. For at disse må sælges og bruges, skal de overholde de "væsentlige krav", som vil blive uddybet senere i EMC-direktivet. EMC står for Electromagnetic Compatibility, og direktivet udgør nogle tekniske krav, som skal overholdes. Ved elektroniske apparater forstås, "Et apparat der indeholder elektronik, dvs. en samling elektroniske komponenter der omformer indkommende signaler og udfører en funktion." [24] BFH er netop et elektronisk apparat, da det kommer til at indeholde diverse elektronik i form af forskellige komponenter til signalbehandling, og det er derfor nødvendigt at dette overholder EMC-direktivet. Der skal, for at et elektrisk eller elektronisk apparat, kan overholde EMC-direktivet, foretages dokumentation i teknisk og administrativ form. Den tekniske dokumentation skal gøre rede for apparatets udformning og fremstilling samt sørge for, at apparatet overholder de "væsentlige krav", som senere uddybes. Det administrative består af den i afsnit omtalte EFoverensstemmelseserklæring, samt oplysninger i brugsanvisningen. Der er udover dokumentationen krav om følgende mærkning på apparatet: 19

28 Kapitel 7. Miljøvurdering CE-mærkning, type-, parti- og serienummer eller andre oplysninger der kan bruges til at identificere apparatet. Hvis ikke mærkningen kan placeres på selve apparatet skal dette gøres på emballagen, brugsanvisningen eller garantibeviset.[25] EMC-direktivet er opbygget på den måde, at der er udformet de "væsentlige krav", som er en overordnet regel for, hvordan elektriske og elektroniske samt faste anlæg skal være konstrueret.[26] De "væsentlige krav" i EMC-direktivet, som et elektrisk eller elektronisk apparat skal overholde, er som følger [27]: (1) De må ikke frembringe kraftigere elektromagnetiske forstyrrelser, end at andet radioudstyr, teleterminaler, elektriske og elektroniske apparater samt faste anlæg kan fungere i overensstemmelse med deres formål og (2) de har den immunitet overfor elektromagnetiske forstyrrelser, der kan forventes i forbindelse med deres tilsigtede brug, og som gør, at deres funktion ikke forringes i uacceptabel grad. En, for fabrikanten, let måde at sørge for, at et apparat overholder de "væsentlige krav" ved EMC-diretivet og den tekniske dokumentation til klasse Is medicinsk udstyr, er at sørge for at det pågældende apparat overholder de harmoniserede standarder, som er gældende for apparatet.[27] De harmoniserede standarder er gældende for en bestemt produkttype eller -familie og bekriver i detaljer, hvordan det er muligt at teste, om apparatet inden for denne type eller familie overholder de "væsentlige krav". Hvis ikke der findes harmoniske standarder for et apparat, kan de generiske standarder bruges.[26] Ved medicinsk radiofrekvensudstyr er det standarden EN 55011, der skal bruges.[28] Opsummering Det kan sammenfattes, at BFH skal konstrueres således, at det overholder kravene til klasse Is medicinsk udstyr, hvilket kræver en udarbejdelse af den tekniske dokumentation og at denne stilles til rådighed for lægemiddelstyrrelsen. Der skal indføres et ulykkesrapporteringssystem, der skal sørge for rettelse af eventuelle fejl. Hvis sådanne findes og medfører tilbagekaldelse eller er medvirkende til en patient eller brugers død eller forværring, skal dette inberettes til lægemiddelstyrrelsen. Der skal foretages CE-mærkning af BFH, da dette er et krav til medicinsk udstyr i EU. Dette kræver blot, at den teknikse dokumentation overholdes. Det er for elektroniske apparater, som BFH hører til, et krav at EMC-direktivet overholdes. Dette gøres ved at teste om de "væsentlige krav" overholdes. En let måde at gøre dette på er ved at sørge for at BFH overholder de gældende harmoniske standarder. Kapitel 7 Miljøvurdering I dette kapitel fortages en vurdering af hvor og i hvilken grad BFH kan komme til at foresage miljøbelastning. Ligeledes bliver der undersøgt hvilke faktorer der tænkes at belaste miljøet, med henblik på at kunne konstruere BFH, således disse reduceres mest muligt. BFH kommer til at løse mange problemer i sundhedssektoren, dog er der også negative sider ved BFH. Blandt andet kan forurening og belastning af miljøet nævnes. I den forbindelse er det vigtigt at vurdere, hvor BFH kommer til at belaste miljøet i dets livscyklus med henblik på 20

29 Sektion 7.1. Fremstilling en reduktion. Dette kan opnås ved at lave en livscyklusanalyse af BFH, således at det endelige produkts forureningsudslip kan kortlægges. For at mindske forureningsudslippet er det vigtigt, at man designer produktet af materialer, der skaber en minimal miljøbelastning. Dette kan gøres ved at anvende genbrugsmaterialer, eller let-afskaffelige materialer. Ligeledes skal der fokuseres på udledningen af CO 2. Denne skal reduceres mest muligt. Strømforbrug spiller også en rolle, eftersom kraftværkerne forurener miljøet.[29]. Figur 7.1 viser et blokdiagram over det berøringsfrie håndtags livssycklus. 7.1 Fremstilling Udvinding af råstoffer Før BFH kan sættes i produktion, skal der først skaffes råmaterialer. Da elektronik i høj grad anvender metaller og plastik, kan disse materialer skaffes ved henholdsvis minedrift og olieboringer. I minedriften anvendes ofte tunge maskiner med stort brændstofforbrug for at udvinde metalmalmen, hvilket er til skade for miljøet. Ligeledes ødelægger minedrift naturarealer, da beplantningen skal ryddes for at komme til. Altså skaber udvindingen af metalmalmen en miljøbelastning. Olien til plastiskproduktionen skal skaffes vha. olieboringer. Dette bruger energi og der er en miljøbelastning ved denne proces. Oveni dette er olie en udtømmelig ressource, hvilket vil sige at den slipper op på et tidspunkt. [30] Genbrug og genanvendelse Brugsperiode Udvinding af råstoffer Produktion af råmaterialer Produktfremstilling Pakning og transport Produktion af råstoffer Når metal-malmen er skaffet, skal metallerne efterfølgende udvindes af Figur 7.1: Livscyklus for BFH malmen. Denne proces finder typisk sted ved meget høje temperaturer, hvilket igen betyder energiforbrug og derved forurening. Forureningen varierer afhængigt af hvilket metal der skal raffineres[30]. Derfor skal valget af metaller overvejes. Dog er forskellige metaller såsom kobber nærmest uundgåelige for elektroniske komponenter. Efter olien er pumpet op fra undergrunden, skal den raffineres og støbes til plastik. Denne proces forurener miljøet i væsentlig grad, blandt andet fordi der bruges kemikalier, som sidenhen skal bortskaffes. Energi- og kemikalieforbruget afhænger af, hvilken type plastik der produceres. [30] Nogle af materialerne vil ligeledes komme fra genbrug. Disse belaster miljøet langt mindre end nyudvundne materialer. Derfor kan genbrugsmaterialer med fordel anvendes. Når selve den elektroniske del af BFH er produceret, skal BFH implementeres i diverse skabe/skuffer. Derfor kan det forventes, at BFH skal igennem to produktionslinjer. Først en elektronisk produktionslinje, og herefter en implementeringslinje hvor BFH installeres i diverse møbler. Produktfremstilling Selve produktionen af elektronikken til BFH kræver energi og kemikalier. Energien skal bruges til al produktion der finder sted. Kemikalierne skal blandt andet bruges til printfremstillingen. Det væsentligste der kan gøres for at mindske miljøbelastningen fra produktionen, er at bortskaffe affald fra produktionen på fornuftig og ansvarlig vis. Oveni dette skal der her tænkes på genbrug. Visse materialer får forringet genbrugsværdi når de blandes med andre materialer. En liste over hvilke materialer der skal undgås at blive sammenblandet, findes i [30]. Pakning og transport Transporten fra fabrikken og hen til forbrugeren kræver en vis mængde energi. Denne mængde energi vil typisk stamme fra fosile brændstoffer. Dog er energiforbruget her meget begrænset i forhold til det enkelte BFH og næsten ubetydeligt. [30] 21

30 Kapitel 7. Miljøvurdering 7.2 Brug og bortskaffelse Brugsperiode Da BFH skal være operationelt dag og nat, hele året rundt, skal der være strøm på systemet hele tiden. Motorerne bruger kun strøm når de kører. Dog vil elektronikken køre hele tiden. Derfor vil det være en fordel hvis der er en standbyfunktion i elektronikken, således at strømforbruget reduceres, når det ikke anvendes. Her er det vigtigt at bruge en strømforsyning med en høj effektivitet, således at mindst mulig energi går spildt som varme. Produktets levetid har en vis betydning i forbindelse med miljøbelastningen. Dette skyldes, at jo længere produktets levetid er, desto mindre nye BFH skal der produceres for at erstatte de gamle. Her spiller servicen af produktet ind, da en god service ofte resulterer i længere levetid. Hvis sliddelene på BFH let kan udskiftes, vil dette forøge levetiden og derfor nedsætte miljøbelastningen. [31] Servicering og vedligeholdelse kan belaste miljøet, i form af reservedele. Dog vurderes dette til at være meget begrænset i forhold til ny-produktion. Denne belastning kan nedsænkes ved at anvende reservedele fra kasserede BFH. Genbrug og bortskaffelse Når BFH er udtjent, skal produktet bortskaffes. Dette skal ske på den mest forsvarlige måde, set i forhold til miljøet. Alle dele på produktet som kan genbruges, skal genbruges. Dette vil både skabe materialer til at producere nye produkter og reservedele, samtidigt med at det vil mindske affaldsmængden som BFH skaber. Genbrugsprocessen vil kræve en vis mængde energi, og vil derfor skabe en lille smule forurening. Dog er den miljøbelastning som genbrugsprocessen skaber langt mindre, end hvis hele produktet blev deponeret. Derfor kan genbrug med fordel anvendes. De dele af produktet som er egnet til afbrænding bør blive brændt af. Fordelen ved at afbrænde affald er, at det skaber energi og mindsker affaldsmængden der skal deponeres. Bortskaffelsen er en meget vigtig faktor i et produkts livscyklus. Hvis der ikke er tænkt på genbrug under produktionsprocessen, kan det ricikeres, at næsten intet af produktets materialer kan genbruges. Dette vil resultere i en høj miljøbelastning. Derfor skal der allerede i produktionsfasen tænkes på dette. Opsummering BFH belaster ikke miljøet mere end andet elektronik, så produktionen og fremstillingen burde foregå på samme måde som andre elektronikprodukter. I produktionsfasen skal der tænkes meget på genbrug, herunder hvilke materialer der blandes sammen, således genbrugsværdien bliver høj. BFH skal tilstræbes at være nemt at servicere, således det er billigere at servicere produktet end at smide det ud, da dette vil reducere miljøbelastningen. Samtidig skal det være nemt at tage reservedele ud fra bortskaffede BFH er, således der ikke behøves at blive produceret så mange reservedele. Hospitalernes samlede energiforbrug vil, stige ved indførslen af BFH. Dette skyldes at skuffer og skabe normalt ikke er automatiske. Derfor vil disse fremstå som nye "forbrugere" på elnettet. Dette vil resultere i et øget strømforbrug. Her kan det konkluderes at BFH ikke vil belaste miljøet mere end andre elektroniske produkter. Samtidigt kan det konkluderes at den samlede miljøbelastning øges ved indførslen af BFH, grundet BFH ikke erstatter et andet miljøbelastende produkt. Materialevalg og produktion er vigtige, i forhold til hvor stor grad BFH vil belaste miljøet. Afgørende er her, hvordan man vægter sundhed i forhold til miljø. Her skal der ses på, hvor meget BFH kommer til at reducere sygehusinfektioner i forhold til hvor meget den skader miljøet. Denne vægtning er meget individuel, alt efter hvilken side problemet ses fra. Der er udarbejdet en liste med anbefalinger, der kan sørge for at BFH bliver så miljøvenlig som muligt. Når en kravspecifikation for BFH opstilles, kan disse punkter overvejes, således BFH designes, så den totale miljøbelastning af BFH vil holdes i bund. Listen er som følger: For at lette genbrugeligheden af materialerne, skal valget af disse foretages med omhu. BFH skal være nem at skille ad, således at de enkelte dele kan genbruges. Strømforbruget skal holdes lavt. 22

31 Kapitel 8. Afslutning på problemanalyse Kapitel 8 Afslutning på problemanalyse 8.1 Delkonklusion Mængden af patienter der pådrager sig sygehusinfektioner på danske hospitaler, er for alle afdelinger 8,7% og 49,1% for intensivafdelingerne. På årlig basis dør ca patienter som følge heraf, hvilket overstiger mængden af trafikdræbte. Altså kan det konkluderes at der er et problem. Udover et årligt antal dræbte, har disse infektioner andre konsekvenser. Disse strækker sig fra ubehag og forlænget behandlingstid, til nedsat livskvalitet for den inficerede patient. Flere forskellige kilder, vurderer at sygehusinfektioner koster samfundet omkring 1,1 milliarder kroner årligt. Infektionerne skyldes hovedsageligt indirekte berøringssmitte, som primært sker via sengeborde, senge, dørhåndtag, andre håndgreb, telefoner, samt bade og toiletter. Berøring af håndgreb er altså en væsentlig årsag til hospitalsinfektioner. BFH vil ikke kunne stå som enkeltstående løsning på infektionsproblemerne. Øget fokus på hygiejnen hos sundhedspersonalet, vil være den mest effektive løsning. BFH er et nyt teknologisk redskab, der kan indgå som en del af indsatsen for bedre hygiejne. BFH udskiller sig fra de andre løsningsforslag, da BFH er et redskab, hvorimod de andre løsninger er metoder. Der vil næsten udelukkende være udgifter til BFH, idet det skal indføres. Herefter er der forholdsvis små udgifter og der kræves ikke noget fra hospitalspersonalet på samme måde som øget hygiejnefokus vil gøre. Det vurderes at BFH vil have størst potentiale på hospitalernes intensivafdelinger og skyllerum. Intensivafdelingerne grundet den høje hospitalsinfektionsrate, som skyldes svækkede patienter og skyllerummene grundet krav til sterilitet. Installation af BFH kan med fordel gøres i nye møbler, som modsætning til eftermontering i eksisterende møblement, da dette er for omkostningsfuldt. 8.2 Krav til det berøringsfrie håndtag Baseret på problemanalysen, er der udarbejdet en række krav som det er nødvendigt BFH skal overholde. Dette afsnit viser en oversigt over de krav som er fundet. Baseret på oversigten af disse falsificerbare krav, kan det endelige produkt designes, konstrueres og efterfølgende testes så det kan bestemmes om produktet lever op til kravene. Kravene er gældende for et færdigudviklet BFH og ikke den prototype der skal udarbejdes i dette projekt. I parentes angives hvilket afsnitsnummer, hvert enkelt krav kommer fra. Dette gør det muligt at finde argumenterne for hvorfor kravet er opstillet og de nærmere betingelser herfor. 1. Mindst én hånd skal kunne holdes fri under betjening. (afsnit 5.3.7) 2. Møbler udstyret med BFH skal kunne åbnes og lukkes manuelt, uanset om BFH forsynes med strøm eller ej. (afsnit 5.3.4) 3. Sensorerne skal kunne justeres med en let tilgængelig knap, som kan tilgås indenfor 5 sekunder. (afsnit 5.3.3) 4. Hvis en person går forbi BFH, må dette ikke forårsage åbning eller lukning af skuffen. (afsnit 5.3.3) 23

32 Kapitel 8. Afslutning på problemanalyse 5. Strømmen til BFH skal kunne afbrydes vha. en let tilgængelig knap, som kan tilgås indenfor 5 sekunder. (afsnit 5.3.6) 6. Skal kunne forsynes af et indbygget batteri i mindst 3 dage, ved 200 fulde åbninger med tilhørende lukninger dagligt. (afsnit 5.2.4) 7. Skal have en åbnings og luknings-fejlrate på under 1%. (afsnit 5.3.5) 8. Skal kunne oplade batteriet via almindeligt 220 V netstik. (afsnit 5.2.4) 9. Skal kunne fungere samtidigt med at batteriet er under opladning. (afsnit 5.2.4) 10. Skal være operativ inden for temperaturintervallet 0 til 70 grader celsius. (afsnit 5.2.1) 11. Skal kunne tåle rengøring med vand og rengøringsmidler, samt desinfektion med desinfektionsmidler. (afsnit 5.2.2) 12. BFH monteret i mobile møbler, skal kunne holde til at køre over en kant på 2 cm med 5 km/t. (afsnit 5.2.3) 13. Hvis den automatiske bevægelse blokeres, skal denne stoppe automatisk således brugeren ikke kan komme til skade. (afsnit 5.3.3) 14. Skal overholde de krav der gælder for medicinsk udstyr i klasse Is. (afsnit 6.1.1) 15. Skal CE mærkes. (afsnit 6.2) 16. Skal overholde EMC-direktivet. (afsnit 6.3) 17. Skal kunne accelerere en skuffe med mindst 3, 8m/s 2. (afsnit 5.3.1) 18. Skal kunne accelerere en skabslåge med mindst 11m/s 2. (afsnit 5.3.1) 19. Skal kunne åbne/lukke en skuffe med mindst 1m/s. (afsnit 5.3.1) 20. Skal kunne åbne/lukke en skabslåge med mindst 1, 7m/s. (afsnit 5.3.1) cm før en skuffe eller låges yderposition er nået, skal BFH automatisk begynde at deaccelerere. (afsnit 5.3.2) 22. Støjniveauet i drift må ikke overstige 74 db(a). (afsnit 5.2.5) 23. Støjniveauet i standby må ikke kunne høres af det menneskelige øre. (afsnit 5.2.5) Udover disse opstillede krav, skal anbefalingerne der blev opstillet sidst i kapitel 7. Miljøvurdering, forsøges overholdt: For at lette genbrugeligheden af materialerne, skal valget af disse foretages med omhu. BFH skal være nem at skille ad, således at de enkelte dele kan genbruges. Strømforbruget skal holdes lavt. For at få verificeret de opstillede krav, blev de sendt til det tidligere interviewede sygehuspersonale. Kravene blev verificeret uden yderligere kommentarer. Ovenstående krav er gældende for et færdigdesignet BFH og er således ikke krav til den prototype der skal fremstilles i dette projekt. Det er altså ikke nødvendigt at alle ovenstående krav opfyldes for denne prototype. I den følgende del, skal prototypen udvikles. De krav der ønskes opfyldt af prototypen bliver afgrænset og disse kan herefter bruges som udgangspunkt ved udviklingen af denne. Derudover bliver der opstillet en accepttest der kan bruges til at teste prototypen når denne er færdig. 24

33 Del II Problemløsning Kapitel 9 Projektafgrænsning I dette kapitel foretages en produktafgrænsning, hvor der opstilles en kravspecifikation og accepttest for demoproduktet. 9.1 Produktafgrænsning Det ønskes at udarbejde et fungerende BFH i praksis, men da dette er for tidskrævende og omfattende at konstruere, designe og teste, er det nødvendigt at udvikle en begrænset udgave, der kan demonstrere principperne. Denne udvikles ved at tage udgangspunkt i kravspecifikationen til det færdige BFH og udlede de væsentligste funktioner og krav herfra. Denne nye reducerede udgave af BFH vil efterfølgende blive refereret til som "demo-bfh", eller "demoproduktet". Demo-BFH vil således "kun" indeholde de væsentligste egenskaber, som ønskes af det færdige BFH Demoproduktets indhold BFH s grundlæggende koncept er, at en skuffe eller skabslåge skal kunne åbnes uden direkte kontakt mellem brugeren, og enhedens håndtag. Demoproduktet skal efterleve samme princip. Det er valgt kun at fokusere på implementeringen i skuffen, så demoproduktet vil grundlæggende bestå af følgende tre dele: 1. Sensorer til at detektere når brugeren ønsker at bevæge skuffen. 2. Et system der afhængigt af signaler fra sensorerne, signalerer en åbne/lukke-mekanisme for skuffen. 3. Elektrisk/Mekanisk del til at bevæge skuffen. Blokdiagrammet på figur 9.1 kan derved opstilles for demo-bfh. Sensorer Sensorovervågning + Kalkulering Mekanisme til åbning eller lukningaf skuffe Figur 9.1: Blokdiagram for demo-bfh 9.2 Kravspecifikation til demoproduktet Kravspecifikationen til demoproduktet, er en kraftigt reduceret udgave af kravspecifikationen til BFH. Herved specificeres realistiske rammer og krav for demoproduktet, så dette kan konstrueres 25

34 Kapitel 9. Projektafgrænsning indenfor projektets tidsramme. Det vigtigste er, at demoproduktet overholder de væsentligste krav, så demoproduktet demonstrerer princippet, og derved potentialet i det endelige produkt. Kravene er nummereret efter deres position i kravspecifikation i afsnit Mindst én hånd skal kunne holdes fri under betjening. Da det er et mål at det endelige BFH skal kunne betjenes med én hånd, er det valgt at sætte samme krav til demoproduktet for at undersøge om dette kriterie er realistisk. 2. Møbler udstyret med BFH skal kunne åbnes og lukkes manuelt, uanset om BFH forsynes med strøm eller ej. Dette punkt medtages for at undersøge hvilke komplikationer der opstår i praksis, når et automatiseret system påvirkes manuelt. 4. Hvis en person går forbi BFH, må dette ikke forårsage åbning eller lukning af skuffen. Dette er et af de centrale problemer der kan opstå ved BFH og det ønskes vist, at dette kan undgås. 7. Skal have en åbnings eller luknings-fejlrate på under 20%. For at demonstrere princippet bag BFH, vurderes det at åbnings/lukningsfejlraten skal være under 20%. Dette er modificeret i forhold til BFH s oprindelige krav, da virkemåde vægtes højere end perfektion for demo-bfh. 13. Hvis den automatiske bevægelse blokeres, skal denne stoppe automatisk således brugeren ikke kan komme til skade. Dette er BFH s primære sikkerhedsfunktion. Denne betragtes som en del af grundprincippet bag BFH og er derfor vigtig, også at demonstrere i demoproduktet. 18. Skal kunne accelerere en skuffe med mindst 3, 8m/s 2. Accelerationen af demoproduktets skuffe skal efterleve den, en skuffe åbnes med ved manuel åbning bedst muligt. 19. Skal kunne åbne/lukke en skuffe med mindst 1m/s. Demoproduktets skuffe skal efterleve den hastighed, en skuffe med alm. håndtag åbnes med. 9.3 Accepttest for demo-bfh Der opstilles en accepttest for at teste om demoproduktet overholder ovennævnte krav. Overholdelsen af disse krav, udgør demoproduktets succes. 1. Skal kunne åbnes og lukkes med mindst én hånd er fri. Dette testes under punkt Møbler udstyret med BFH skal kunne åbnes og lukkes manuelt, uanset om BFH forsynes med strøm eller ej. Dette testes ved at lade en person åbne og lukke demoproduktets skuffe 10 gange. Testen udføres både med strøm, uden strøm, samt med deaktiverede sensorer. Testen betragtes som bestået, hvis demoproduktet kan åbnes og lukkes. 4. Hvis en person går forbi BFH, må dette ikke forårsage åbning eller lukning af skuffen. Dette testes ved at lade en person gå forbi demo-bfh 10 gange. Afstanden til demo- BFH skal være 10 cm og personen skal gå med forskellige hastigheder mellem 3-6 km/t. Hvis demo-bfh ikke åbnes nogen af gangene, betragtes testen som bestået. 7. Skal have en åbnings eller luknings-fejlrate på under 20%. Dette testes ved at åbne og lukke skuffen 20 gange. Testen skal foretages af to forskellige personer for at validere resultaterne. Under testen skal testpersonerne hele tiden have mindst én hånd fri. Hvis skuffen åbner fejlfrit mindst 16 gange for hver person, betragtes testen som bestået. 26

35 Kapitel 10. Overordnet design & modularisering 13. Hvis den automatiske bevægelse blokeres, skal denne stoppe automatisk således brugeren ikke kan komme til skade. Dette testes ved at blokere skuffen med et hårdt objekt mens den kører. Dette skal foretages ved både åbning og lukning. Objektet skal herefter nemt kunne frigøres fra skuffen. 18. Skal kunne accelerere en skuffe med mindst 3, 8m/s 2. Testproceduren til måling af dette er beskrevet i bilag Skal kunne åbne/lukke en skuffe med mindst 1m/s. Testproceduren til måling af dette er beskrevet i bilag 6. Kapitel 10 Overordnet design & modularisering 10.1 Overordnet design Der skal designes et system, der uafhængigt af berøring, kan åbne og lukke en skuffe. Til åbning af skuffen, kunne bruges en fodpedal, der trykkes ned og derved åbner skuffen. Da det bl.a. ville kræve et objekt installeret på gulvet, der kan gøre mobilitet og rengøring besværligt[6], er en sådan løsning ikke valgt. En anden løsning kunne være stemmegenkendelse, der via verbale kommandoer (Åbn!/Luk!) kunne åbne eller lukke skuffen. Denne løsning vælges ikke, da man kunne forestille sig at samtaler hvor disse ord indgik kunne opfanges og bevæge skuffen, uden det var tiltænkt. Derudover er det en teknisk svær løsning. Det ønskes at skuffens bevægelse efterligner en manuel åbning. Dette gøres ved at brugeren placerer sin hånd foran skuffen, hvorefter skuffens afstand til hånden holdes konstant. Altså vil skuffen køres ud, når brugeren flytter hånden udad og omvendt når hånden flyttes indad. For at opnå dette, skal der bruges en afstandsmåler, der måler afstanden fra skuffen til hånden samt en mekanisme der kan køre skuffen ud og ind. Den afstand skuffen forsøger at holde til hånden, er den afstand hvormed hånden først indsættes foran skuffen. Når afstanden er genoprettet, eller hånden fjernes, stoppes skuffens bevægelse. En illustration af skuffens operation kan ses på figur første afstand lagres (0) Hånd indsættes foran skuffen Afstand mellem skuffe og hånd bestemmes Ved værdierhhv. større eller mindre end (0) kører skuffen ud eller ind Afstandmåling Beregning Justering af skuffehastighed Figur 10.1: Overordnet design Figur 10.2: Teknisk opbygning af demo-bfh 27

36 Kapitel 10. Overordnet design & modularisering 10.2 Teknisk opbygning Figur 10.2 viser en illustration af demo-bfh s tekniske opbygning. Denne består af en løkke, der gentages. En afstandmåler returnerer afstanden mellem brugerens hånd og skuffen, og det fastsættes på basis af dette, om skuffen skal køre ind eller ud. For at give skuffen en mere flydende åbning og lukning, justeres skuffens hastighed, afhængigt af afstanden til hånden. Herefter foretages en ny afstandmåling, hvorved løkken gentages. På denne måde bibeholdes en konstant relativ afstand. For at koordinere styringen mellem afstandmålingen og skuffestyringen, bruges en microcontroller. Disse er velegnede til sådanne formål, da de har passende regnekraft. Da microcontrollere oftest har mange indbyggede hardware moduler, såsom A/D convertere, timere, countere, kommunikationsmoduler (eksempelvis I 2 C, SPI, USART) og meget mere, er det hurtigt og nemt at udvikle et fleksibelt produkt. Den valgte microcontroller er Atmel ATmega16 (datablad findes i [32]). Funktionerne på denne model er tilstrækkelige, og tilhørende udviklingsværktøjer er tilgængelig på universitetet. For at lette udviklingen, udstyres microcontrolleren med en seriel forbindelse (RS232), til brug under udviklingen. På den måde kan der udskrives forskellige meddelelser til en computer. Til programmeringen, bruges sproget C. Dette sprog er standard, og tilpas lav-niveau, så det kan opnå god effektivitet på microcontrolleren Modularisering Efter de overordnede krav, og den overordnede virkemåde er lagt fast for demo BFH, kan dette nu nedbrydes til mindre moduler. Disse moduler kan udvikles sideløbende og herefter sammensættes til et færdigt produkt. For at sikre kompatibiliteten mellem modulerne, skal grænsefladerne mellem modulerne defineres. Modulerne kan herved testes individuelt i forhold til fastlagte krav, inden de sammensættes. Det er naturligt at inddele demo BFH i følgende 2 moduler. Afstandsmåling Skuffestyring I det følgende opstilles specifikke krav til modulerne, og deres grænseflader defineres. Afstandsmåling Dette modul skal forholdsvis præcist kunne måle afstanden fra skuffens forkant, til brugerens hånd. Hvis afstandsmålingen ikke virker, kan det resultere i at skuffen ikke kan følge hånden korrekt. Der kan derfor opstilles følgende to krav til afstandsmålingsmodulet. Den målte afstand må ikke afvige mere end ±2 cm. Skal kunne måle alle afstande mellem 5-40 cm. Modulets grænseflade vil således bestå af én funktion i c-kode, med følgende funktionsprototype: 1 i n t g e t _distance ( void ) ; Denne funktion returner en afstand i millimeter når den kaldes. Hvis hånden ikke er tilstede, returneres 1. Skuffestyring Modulet udgør det stykke hardware der sørger for at køre skuffen ud og ind og hastigheden på skuffen skal kunne justeres. I kravsspecifikationen i afsnit 9.2, er der en række krav til hastigheder for åbning og lukning. Disse er som følgende: Skuffen skal kunne accelerere med mindst 3, 8m/s 2 (krav 18) og skal kunne opnå en fart på mindst 1m/s (krav 19). Hvis skuffens bevægelse blokeres eller på anden måde hindres, skal denne stoppe (krav 13). Skuffen skal kunne betjenes manuelt, uden tilslutning af strøm (krav 2). Modulet får således følgende interface i c-kode: 28

37 Kapitel 11. Afstandsmåling 1 enum d i r e c t i o n { 2 IN, 3 OUT, 4 STOP 5 } ; 6 char motor_blocked ; 7 void set_motor ( char speed, enum d i r e c t i o n d i r e c ) ; Funktionen set_motor kaldes med en hastighed for motoren via argumentet speed. Denne hastighed er en værdi mellem 0 og 255. Derudover skal retningen specificeres i form af argumentet direc, der enten kan være IN, OUT eller STOP. Dette afgører om skuffen skal køre ind, ud eller stoppe. Derudover skal modulet sørge for at sætte den globale variabel motor_blocked til 1, hvis motoren er blokeret eller har nået en yderposition. Denne variabel vil blive sat til 0, når motoren stoppes, da den derved ikke betragtes som blokeret mere. Sammensætning af moduler På basis af disse krav og specifikationer, kan modulerne nu opbygges separat. Det skal testes om modulerne overholder ovenstående krav, inden de integreres til et samlet produkt. Integrationen mellem modulerne, vil bestå i at udvikle det software, der fastsætter hvor hurtigt motoren skal køre, på basis af den målte afstand. Udviklingen af dette, vil bestå i at eksperimentere med hvordan, den mest naturlige betjening af skuffen opnås. Derfor skal begge delmoduler være færdige, inden dette kan udføres. Kapitel 11 Afstandsmåling I dette afsnit beskrives design-, udviklings- og test-fasen af afstandsmålingsmodulet Indledende overvejelser Dette afsnit har til formål at udvælge en metode til afstandsmåling samt dennes overordnede virkemåde Virkemåde Der findes flere metoder til afstandsmåling. Disse har alle fordele og ulemper. Det vides at afstandsmåleren skal kunne detektere en hånd med en nøjagtighed på ±2 cm, ud til en afstand af 40 cm fra skuffen (se afsnit 10.3). Der kræves altså en vis nøjagtighed, inden for en relativ kort afstand. Relevante metoder til dette opstilles, og deres fordele og ulemper beskrives. Metoderne sammenlignes til sidst og der udvælges en metode til brug i demoproduktet. Lys Dette gøres ved at sende en lysstråle mod brugerens hånd, som holdes foran skuffen. Afhængig af afstanden til, vil en bestemt lydmængde reflekteres. Denne reflekterede lysmængde kan registreres med en optisk sensor. En ulempe ved denne metode er, at det er lysstyrken som indikerer afstanden. Derfor vil hudfarve, handsker, rumbelysning og interferens fra andre lyskilder, medvirke til fejlmålinger. 29

38 Kapitel 11. Afstandsmåling En bedre løsning er at basere målingen på reflektionstiden. Det er dog vurderet, at gruppen ikke har midler til rådighed, der kan måle tiden med tilstrækkelig præcision, grundet lysets høje hastighed. Lyd Dette kan gøres ved at udsende et lydburst, og derefter måle hvor lang tid der går, inden lydreflektionen modtages. Reflektionen vil kun opstå, såfremt lydbølgen rammer et objekt, der tilbagekaster den. En lignende måling, ville kunne fortages ved at måle på amplituden af reflektionen. Fordelen ved lyd frem for lys, er, at lydbølgers udbredelseshastighed er væsentligt lavere. Dette mindsker derfor kravet til måleelektronikkens samplingshastighed. Konstrueres dette med ultralyd, undgås det at mennesker kan høre lyden. Kondensator En kondensator kan opbevare elektrisk energi, og det er muligt at måle på mængden af denne. En kondensator består af to elektrisk ledende plader, med et dielektrikum imellem. Det er bl.a. størrelsen på, og afstanden mellem disse to plader, der bestemmer kapaciteten. Jo større plader og jo tættere de ligger, jo større kapacitet. Ved at placere en elektrisk ledende plade på skuffens front, tilsluttet strøm, er det muligt at måle når en hånd kommer indenfor en vis afstand. Hånden kan her betragtes som den ene kondensatorplade. Når hånden kommer tættere på pladen vil kondensatorens kapacitet stige og den vil begynde at oplade. Hvis hånden flyttes længere væk vil kondensatoren aflades. Det kan måles om kondensatoren op- eller aflades, hvilket kan bruges til at bestemme afsanden til hånden. Det tænkes at denne metode er upræcis, da mange fysiske faktorer påvirker kondensatorens kapacitet. F.eks. har lufttemperatur og luftfugtighed indflydelse. Valg af metode til afstandsmåling Ud fra de fordele og ulemper, der er fundet, vælges der at anvende lyd til afstandsmåling. Det vælges at måle lydens reflektionstid, da dette vurderes mest præcist. Der vælges desuden at anvende ultralyd, hvilket vil sige at lydfrekvensen vil være over 20 khz[33]. Dette gøres for ikke at forstyrre nærværende mennesker Overordnet moduldesign Grundstenene i afstandsmålingen, er højttaleren og mikrofonen. Det vælges at bruge transduceren MA40S5 til disse formål. MA40S5 er en kombineret ultralyds-højttaler og mikrofon, der er optimeret til en frekvens på 40 khz [34]. Det er derfor nødvendigt at opbygge en sender, bestående af en tonegenerator, der kan generere et 40 khz sinussignal. Denne tonegenerator skal kunne styres via microcontrolleren. Modtageren skal kunne forstærke det modtagne signal, da dette tænkes at være meget svagt. Modtageren skal desuden kunne frafiltrere evt. modtaget støj, for at skabe et så rent og pålideligt signal som muligt. Dette er nødvendigt, da det ikke ønskes at registrere andet, end den afsendte 40 khz lyd. Signalet skal efterfølgende digitaliseres vha. en komparator. Dette er nødvendigt, da det modtagne signal ønskes behandlet i microcontrolleren. Modulet kan deles op i to blokke, som vist på figur Højttaler Mikrofon Forstærker med filter Tonegenerator Microcontroller(AVR) Komparator Figur 11.1: Overordnet opbygning af afstandsmålingen 30

39 Sektion Ultralydssender På figur 11.1 ses det, at modtageren og senderen er uafhængige af hinanden. Derfor deles disse op i hver sit undermodul. Dette betyder, at sender og modtager vil blive designet og konstrueret separat Ultralydssender Senderkredsløbet skal afsende en ultralyds-burst, altså et kortvarigt ultralydssignal. Signalet skal være sinusformet og have en frekvens på 40 khz. Længden af det afsendte signal, bestemmes af Atmel microcontrolleren. Det vil sige at afsendelsen af ultralydssignalet skal kunne styres ved at microcontrolleren giver logisk 0 eller 1. Generering af signal Signalet laves ved at en astabil multivibrator (efterfølgende AMV) laver et firkant-signal der er højt 50 % af tiden og lavt 50 % af tiden, med en frekvens på 40 khz. Et firkant-signal kan betragtes som uendeligt mange sinussignaler, med frekvenser n f 0 hvor n = 1, 2, 3... og f 0 er frekvensen af firkant-signalet. Derfor kan det genererede firkant-signal omsættes til en sinuskurve, ved at bruge et lavpasfilter, med en knækfrekvens på 40 khz. Det skal som nævnt være muligt at afbryde afsendingen af signalet. Afsendelsen af lydsignalet skal gerne begynde så hurtigt som muligt, så derfor placeres afbrydelsen som en del af filtret. Herved undgås det at multivibratoren skal indsvinges, selvom dennes indsvingningstid er meget lav. Afsender spænding Spændingsamplituden for sinus signalet der påtrykkes højttaleren, afgør hvor kraftigt et signal der sendes. Det ønskes at senderen afsender med så kraftigt et signal som muligt, da dette vil forøge rækkeviden, og mindske støjproblemer. Derfor bruges den maksimale værdi for amplituden, som højttaleren kan klare. Denne er givet som 20 V peak-peak, i databladet for den benyttede transducer, MA40S5[34]. Derfor benyttes denne spænding i senderkredsløbet. Spændingen på udgangen vil være lavere i praksis, idet OPAMP en i AMV en ikke kan give fuld forsyning på udgangen, og der er en mindre dæmpning i lavpasfiltret. Dette betragtes dog som ubetydeligt, da spændingen ikke vil falde betydeligt. Anvendt operationsforstærker Der skal bruges operationsforstærkere (OPAMP) til AMV og filteret. Der stilles visse krav til disse, da der arbejdes med en forholdsvis høj frekvens på 40 khz. OPAMP-modellen der benyttes, er TLE2071C. I dennes datablad[35] fremgår det at slew-raten ved forsyning på ±15 V, mindst er 27 V µs. Dette angiver hvor hurtigt udgangsspændingen kan ændre sig. Da udgangsspændingen skal ændre sig fra 0 V til 20 V, vil dette tage µs. Periodetiden for 1 et 40 khz signal er på 40 khz = 25µs. Da periodetiden ikke er betydeligt større end skiftetiden for signalet, vil dette have indflydelse på den genererede frekvens. Beregningerne foretages dog med den forudsætning at OPAMP en er ideel og øjeblikkeligt kan skifte udgangsspændingen. OPAMP ens gain-bandwidth (GBW) er mindst 8 MHz. Ved 40 khz har den derved følgende forstærkning: G = 8 MHz 40 khz = db. Når OPAMP en betragtes som ideel, antages forstærkning at være uendeligt stor. En forstærkning på 46 db er tilstrækkeligt til, at antagelsen om uendelig stor forstærkning, stadig er acceptabel. Disse to faktorer gør, at når OPAMP en antages som ideel under beregningerne, skal det være muligt at finjustere frekvensen efterfølgende, således der kan korrigeres for de afvigelser der opstår som følge af ovenstående afvigelser fra en ideel OPAMP Astabil multivibrator Et diagram for en astabil multivibrator kan se ud som på figur R 1, R 2 og R 3 er alle fastsat til 20 kω og disse benævnes i det følgende som R. Kondensator C 1 er blevet fastsat til 4.7 nf, idet der skal en forholdsvis lille kondensator til, for at kunne opnå en stor frekvens. En lille kondensator vil bliver op- og afladet hurtigt, hvilket derfor giver lav periodetid og høj frekvens. R 4 er altså den modstand i kredsløbet der skal bestemmes, så udgangssignalet bliver et firkant-signal med en frekvens på 40 khz. 31

40 Kapitel 11. Afstandsmåling Figur 11.2: Diagram over astabil multivibrator Den astabile multivibrator fungerer ved, at kondensatoren C 1 oplades gennem R 4, indtil den når samme spænding som på den inverterende indgang på OPAMP en. Den spænding der her nås, kaldes V H. Herefter vil OPAMP en give 0 V på udgangen, hvorved spændingen på den ikkeinverterende indgang vil falde som følge af den positive feedback. Denne spænding kaldes V L. Kondensatoren bliver nu afladt gennem R 4, indtil spændingen over den bliver lig V L. Nu giver OPAMP en V cc på udgangen (i praksis vil denne spænding være en smule lavere end V cc ) og den ikke-inverterende spænding stiger til V H. Kondensatoren oplades igen, hvorved cyklusen starter forfra. Periodetiden for det firkantsignal der opstår på udgangen er således givet ved tiden det tager for at oplade C 1 fra V L til V H og herefter aflade den til V L igen. Spændingsdelingen af V cc over de tre modstande R 1, R 2 og R 3 giver disse to udtryk for spændingerne på den ikke-inverterende indgang ved hhv. fuld op- og afladning: V H = R R + 1 V cc = V cc R + 1 R V L = 1 1 R + 1 R R + 1 V cc = V cc R + 1 R Først gennemgås opladningen fra V L til V H. Følgende differentialligning udtrykker strømmen gennem kondensatoren C 1, i C1, på basis af spændingen over den, V C1 : i C1 (t) = C 1 d dt V C1(t) Da OPAMP en betragtes som ideel, vil der ikke løbe nogen strøm ind på de to indgangsben. Dermed, er strømmen gennem R 4, i R4, den samme som strømmen gennem kondensatoren: i C1 = i R4. Spændingen over R 4, V R4, kan findes med Ohm s lov: V R4 = R 4 i R4 = R 4 C 1 d dt V C1(t) Spændingen over kondensatoren er givet ved følgende: V C1 (t) = V cc V R4 = V cc R 4 C 1 d dt V C1(t) (11.1) Idet der er tale om en opladning fra V L, vil startværdien for V C1 være V C1 (0) = V L. Løses differentialligningen (11.1) med denne begyndelsesværdi, fås dette udtryk der beskriver spændingen over kondensatoren som funktion af tiden, ved en opladning. Løsningen af differentialligningen udledes ikke. V C1 (t) = V cc + e R 4 C 1 (V L V cc ) t 32

41 Sektion Ultralydssender Tiden det tager for kondensatoren at lade op, beregnes ved at sætte dette udtryk lig V H og løse mht. tiden t: V H = V cc + e R 4 C 1 (V L V cc ) V H V cc = e t R 4 C 1 V L V ( cc ) VH V ) cc ln = ln (e t R 4 C 1 V L V cc ( ) VH V cc t = R 4 C 1 ln V L V cc Udtrykkene for V H og V L indsættes og der haves et udtryk for opladningstiden t: ( 2 3 t = R 4 C 1 ln V ) ( ) cc V cc V = ln R 4 C 1 = ln(2)r 4 C 1 cc V cc 2 Det kan på tilsvarende måde vises, at tiden for at aflade en kondensator er den samme som for at oplade den. Derfor bliver periodetiden lig 2 gange ovenstående udtryk. Da der ønskes en frekvens på 40 khz, skal periodetiden være 1 40 khz. Udtrykket sættes lig dette og R 4 kan således bestemmes: t = ln(2)r 4 C 1 = t 1 40 khz = 2ln(2)R 4 4, 7 nf R 4 = 3837 Ω En AMV er meget følsom overfor afvigelser i komponentværdierne. Derudover er der ved beregningerne ikke taget højde for at der vil komme en mindre belastning på udgangen. OPAMP en er ikke ideel, hvilket betyder forstærkningen ikke er uendeligt stor og der vil løbe en strøm ind i de to indgange. Som beskrevet tidligere tager det en vis tid at skifte spændingen på OPAMP ens udgang. Derfor bruges en variabel modstand i stedet for modstanden R 4. Ved at justere denne modstand, kan der tages højde for disse afvigelser. Der bruges en 9, 6 kω variabel modstand, da denne vil give mulighed for at justere både op og ned i forhold til de beregnede 3, 8 kω Lavpas filter med afbryder og DC-blokering Der skal designes et lav-pas filter, til at konvertere AMV ens 40 khz firkantsignal til et sinussignal. For at undgå selv den mindste dæmpning ved 40 khz, designes filtret så der fås en knækfrekvens på 45 khz. Derved vil eventuelle afvigelser i komponentværdierne ikke have stor betydning. Dette designes som et 2. ordens sallen-key lavpasfilter. Filtrets opbygning ses på figur De på figuren viste komponentværdier beregnes i det følgende. Figur 11.3: Diagram for lavpasfilter, afbryder og DC-blokering Afbryder og DC-blokering OPAMP en U2 har negativ forsyningsspænding, påført som VccN. Dette er en negativ forsyning på 5 V. Denne forsyning er givet for at ophænge OPAMP en i dets arbejdspunkt, da den ellers ikke vil virke korrekt, når spændingen på indgangen er mindre end 0, 7 V. Diagrammet indeholder en transistor, Q1. Denne bruges til at afbryde senderkredsløbet. Atmel 33

42 Kapitel 11. Afstandsmåling microcontrolleren tilsluttes til denne, hvor den kan give et output der er logisk 0 eller 1. Hvis den giver logisk 0, vil der ikke løbe nogen strøm gennem Q1, hvorved filtreret virker som et lavpasfilter og der sendes et sinussignal til højttaleren. Hvis der gives logisk 1, vil der løbe en strøm gennem transistoren, således der er ca. 0 V i V*. OPAMP en betragtes som ideel og der løber derfor ingen strøm gennem R 6 (det antages C 3 er opladet). Ydermere er den koblet med negativ tilbagekobling, hvorved V + og V bliver ens. Derfor vil der være samme spænding på denne udgang som i V*. Grundet opbygningen af en transistor, vil der stadig være et mindre spændingsfald over collector-emitter på denne. Derfor vil der ligeledes være en mindre spænding på OPAMP ens udgang. For ikke at sende denne jævnspænding ud til højttaleren, er der placeret en DC-blokering i udgangen. Denne vil ikke lade DC-spænding passere, grundet kondensatoren C 4. AC signaler med en frekvens på 40 khz, vil derimod gå uhindret igennem kondensatoren. Modstanden R 8 er placeret for at aflade C 4, når der ikke længere skal sendes signal på højttaleren. For uddybning af teori omkring transistorer, se appendiks D. Formodstanden, R 7, til transistoren, er bestemt på basis af den største collectorstrøm der kan opstå, altså strømmen ind i collectoren på transistoren. Denne strøm bliver maksimalt strømmen gennem R 5, idet der er 20 V spændingsfald over den, altså I c = 20 V 600Ω = 33 ma. Den benyttede transistor, BC547, har en minimum strømforstærkning på h fe = 110 [36]. Derved skal base-strømmen på denne være I b = Ic 33 ma h fe = 110 = 0, 3 ma. Da der vil være et spændingsfald fra base til emitter på transistoren på ca. 0, 7 V og microcontrolleren giver 5 V, er der et spændingsfald over R 7 på 5 V 0, 7 V = 4, 3 V. Modstandens størrelse skal således være R 7 = 4,3 V 0,3 ma = 14, 3 kω. For at være sikker på at der løber tilstrækkelig strøm igennem transistoren, sættes den til 2 kω. Overføringsfunktion for filter Overføringsfunktionen for filtret skal bestemmes, hvorefter denne kan bruges til at beregne hvilke komponentværdier der vil give den ønskede dæmpningsfaktor og frekvens. Disse udregninger udføres i Laplace-domænet. Knudepunktet på operationsforstærkerens ikke-inverterende indgang, V +, kan udtrykkes som en spændingsdeling af V mellem R 6 og C 3 : ( ) 1 V + = V sc 3 R V = V + (R 6 sc 3 + 1) (11.2) sc 3 Knudepunktsligningen, der er baseret på Kirchhoff s strømlov og Ohm s lov, opstilles for V. Da der ikke vil løbe nogen strøm gennem Q1 når denne af afbrudt, medtages denne ikke: ( 1 0 = V + 1 ) sc 2 V o sc 2 V + V i (11.3) R 6 R 5 R 6 R 5 Operationsforstærkeren er koblet med negativ tilbagekobling, og derfor vil spændingen på den inverterende og ikke-inverterende indgang være ens. Derudover er der enhedsforstærkning, hvorved det gælder at V + = V = V o. Dette indsættes sammen med (11.2) i (11.3) og V i isoleres: V i = V o (R 6 sc 3 + 1) ( R5 R R 5 sc 2 ) V o sc 2 R 5 V o R 5 R 6 Overføringsfunktionen findes nu som forholdet mellem udgangspændingen og indgangsspændingen: H(s) = V o V i = 1 ( ) R (R 6 sc 3 + 1) 5 R R 5 sc 2 sc 2 R 5 R5 R 6 1 = + R 6 sc 3 + R 6 sc 3 R 5 sc 2 + R5 = R 6sC 3R 5 R 6 1 R 6C 3R 5C 2 R R 5 sc 2 sc 2 R 5 R5 R 6 s 2 + R5+R6 R 6R 5C 2 s + 1 R 6C 3R 5C 2 (11.4) Det ses at denne overføringsfunktion som forventet, beskriver et 2. ordens lavpasfilter, idet der ikke er nogen nulpunkter, men til gengæld er to poler i form af 2. grads polynomiet i nævneren. 34

43 Sektion Ultralydssender Fastsættelse af komponentværdier Filtrets respons ved forskellige frekvenser bestemmes af dets poler og nulpunkter. Knæk-frekvensen for filtret er derfor givet ved polerne, altså nævnerpolynomiets rødder. For at opnå et stabilt system, skal disse have negativ realdel. Nævneren kan betragtes som en ligning på denne form: s 2 +2ω n ζs+ωn. 2 Hvis en ligning af denne form faktoriseres, vil ω n udtrykke den absolutte værdi for én af rødderne. Netop den absolutte værdi af rødderne (altså systemets poler) udgør knæk-frekvensen for filtret. Dette ses i det følgende, når der udarbejdes et bodeplot. Følgende udtryk gælder derfor for den naturlige frekvens, ω n, og dæmpningsfaktoren, ζ: R 1 5+R 6 R ω n = ζ = 6R 5C 2 (11.5) R 6 C 3 R 5 C 2 2ω n Værdien ω n udtrykker som nævnt knæk-frekvensen og da knæk-frekvensen skal være 45 khz, skal denne være ω n = 2πf c = 2π45 khz. Der ønskes designet et butterworth filter, da denne filtertype er så jævn som muligt i pas-båndet. Et butterworth filter er karakteriseret ved at dæmpningsfaktoren ζ = 0, 7. Der haves nu de 2 ligninger (11.5), mens der haves 4 ubekendte, R 5, R 6, C 2 og C 3. Derfor fastsættes C 2 til 4, 7nF og C 3 til 1nF. Derved haves 2 ligninger med 2 ubekendte: 1 2π45kHz = R 6 R 5 4, 7nF 1nF 0, 7 = Ved at løse ligningssystemet (11.6), fås disse værdier for modstandene: R 5+R 6 R 6R 54,7nF 2 2π45kHz R Ω, R Ω R Ω, R Ω (11.6) Det første løsningssæt bruges, og modstandsværdierne afrundes til standardværdier. Dette vil betyde en mindre afvigelse, men filtrets præcision er ikke vigtig (da det er designet til at have en knækfrekvensen på 45 khz) og dette har derfor ingen betydning. Modstandsværdierne bliver således R 5 = 600 Ω og R 6 = 4, 4 kω. Ved at indsætte de fundne komponentværdier i (11.4), fås det endelige filters overføringsfunktion: H(s) = 1 R 6C 3R 5C 2 s 2 + R5+R6 R 6R 5C 2 s + 1 R 6C 3R 5C 2 = 8, s 2 + 4, s + 8, (11.7) Bodeplot For at se om filtret nu også har den ønskede frekvensrespons, kan der optegnes et bodeplot for filtret. Bodeplottet er en graf, der viser sammenhængen mellem amplitude og faseforskydning i et semilogaritmisk koordinatsystem. Dette vil ligeledes give yderligere indsigt i, hvorfor den naturlige frekvens er givet ved ligningen (11.5). Ved at faktorisere nævneren i (11.7), fås dette: H(s) = 8, (s + 2, j)(s + 2, j) (11.8) Amplituden for et filter er givet ved den absolutte værdi af filtrets overføringsfunktion evalueret ved s = jω. Amplituden ønskes udtrykt i db og der skal derfor tages 20 gange 10-tals logaritmen af denne absolutte værdi. Dette gøres på (11.8) og ved brug af logaritmeregneregler fås: 8, H(jω) =20 log 10 (jω + 2, j)(jω + 2, j) =20 log ( 10 8, log10 jω + 2, j ) 20 log 10 ( jω + 2, j ) (11.9) Disse tre led kan nu enkeltvis analyseres. Det første led har en fast værdi, der nemt kan evalueres. De to resterende led udgør et kompleks konjugeret polpar for systemet. Da bodeplottets x-akse er logaritmisk, vil ω ændres meget hurtigt på bodeplottet. Derfor betragtes ledene hvor ω indgår, i to tilfælde. Polernes absolutte værdi betegnes som a. Når jω = ω << a, altså rødderne i nævner-polynomiet, vil værdien blot blive H(jω) = 20 log 10 a (11.10) 35

44 Kapitel 11. Afstandsmåling idet værdien af ω her antages at være ubetydelig i forhold til værdien af a. På tilsvarende vis, når ω >> a bliver værdien H(jω) = 20 log 10 (ω) (11.11) Da bodeplottet optegnes på en logaritmisk akse, vil disse to udgøre rette linjer. Grafen for (11.11) vil have et fald på 20 db pr. dekade. Idet der er 2 poler med samme absolutte værdi (da de er kompleks konjugerede), vil faldet blive 40 db pr. dekade. Den faste værdi der fås i (11.10) skal af samme grund multipliceres med 2. Når jω har en værdi, så der ikke er stor forskel mellem jω og a, vil der være en overgang mellem de to rette linjer der udgøres af (11.10) og (11.11). Denne overgang ligger omkring det punkt hvor de to rette linjer skærer hinanden. Hvis de to udtryk for amplituden i de to tilfælde sættes lig hinanden, fås et udtryk for ω i skæringen mellem de to linjer: 2 20 log 10 (ω) = 2 20 log 10 a ω n = a (11.12) Den frekvens hvor dette gælder, er filtrets knæk-frekvens. Hermed ses også, som tidligere påstået, at den absolutte værdi af polerne udgør knæk-frekvensen for filtret. Denne kaldes også den naturlige egensvingningsfrekvens. Figur 11.4 viser amplitudekarakteristikken af bodeplottet, udarbejdet ved at optegne hvert enkelt led i (11.9) seperat med stiplede linjer. Herefter er de summeret til den samlede amplitudekarakteristik der er indtegnet med fast linje. Den fejl der opstår omkring ω n er der blevet korrigeret for ved brug af dæmpningsfaktoren ζ, hvilket betyder at kurven får en blød overgang mellem de to rette linjer. Det ses at knæk-frekvensen er ω n = 2, rad s 44, 9 khz. Afvigelsen fra 45 khz skyldes afrundingen af komponentværdierne. Det ses yderligere at dæmpningen efter knækfrekvensen er 40 db pr. dekade, som forventet. Faldet er ikke særlig tydeligt på grafen, grundet den grove inddeling af y-aksen. Det er ligeledes muligt at optegne en tilsvarende karakteristik for fase-forskydningen. Da fase-forskydningen ikke er interessant for filtret, gøres dette dog ikke. Figur 11.4: Lavpasfilterets bodeplot Justering & test Senderkredsløbet skal som tidligere beskrevet justeres. En beskrivelse af hvordan dette gøres, findes i bilag 4. For at opnå en frekvens på 40 khz, skulle R 4 indstilles til 2,57 kω. Dette afviger meget fra den beregnede værdi på ca. 3,8 kω. Denne store afgivelse vurderes primært at skyldes, at OPAMP en tager forholdsvis lang tid om at skifte mellem spændingerne. Dette betyder dog intet, da et 40 khz signal let opnås, ved indstilling af R 4. Herudover blev det kontrolleret at afbrydelsen af lydafsendelsen fungerede korrekt, hvilket ligeledes er beskrevet i bilag 4. 36

45 Sektion Ultralydsmodtager 11.3 Ultralydsmodtager I dette afsnit foretages design og opbygning af modtagerdelen til afstandsmålingen. Det signal der modtages, er et 40 khz ultralydssignal, afsendt fra ultralydsafsenderen. Modtagerkredsløbet består af forskellige blokke, vist på figur Når lyden modtages er den meget svag, så for at få et Ultralydstransducer Signalet forstærkes Signalet filtreres for støj Signalet ensretts og skal lave det til digitalt output til microcontrolleren Ud til microcontroller Figur 11.5: Overordnet flowdiagram modtagerdel brugbart resultat skal det forstærkes. Herefter skal støjen filtreres fra. Efterfølgende skal signalet ensrettes og sendes igennem en komparator, der sender enten 0 eller 5 volt ud, som er henholdsvis logisk 0 og logisk 1 i microcontrolleren. Modtagerkredsløbet benytter en forsyning på ± 5 V. VccP vil i dette kapitel angive +5 V og VccN 5 V. Stel, altså 0 V, angives med en nedadgående pil Transistorforstærkeren Output fra mikrofonen, er et yderst svagt signal, på kun nogle få millivolt. Dette skal forstærkes op. Da en OPAMP ikke kan give en kraftig nok forstærkning bruges en transistor. Denne kobles op som common emitter amplifier, der både kan forstærke spænding og strøm. Denne type opkobling er den mest brugte til forstærkere. Eftersom gruppen ikke har de nødvendige forudsætninger, der kræves for at beregne transistorkredsløb, betragtes denne del som en blackbox. Selve kredsløbet blev hentet fra nettet (se [37]). Den del af kredsløbet der bruges er vist på figur Forskellen mellem diagrammet fra internettet og det brugte diagram er, at kondensatoren C 3 og modstanden R 5 er indsat som DC spærring. Figur 11.6: Kredsløbsdiagram for transistor forstærkeren Båndpasfilteret Båndpasfilteret har til opgave at forstærke signalet, samt filtrere alt andet end 40 khz fra. For at undgå "clipping" i forstærkningen, beregnes forstærkningen på basis af det største signal der kan modtages. Dette er målt ved at tilslutte mikrofonen til transistorforstærkeren og højttaleren til en tonegenerator. Tonegeneratoren indstilles til 40 khz med en amplitude på 20 V. Herefter placeres højttaleren og mikrofonen side om side og en hånd placeres 5 cm (da dette er den korteste afstand der skal måles) fra disse, så lyden fra højtaleren reflekteres tilbage til mikrofonen. Et oscilloskop bruges nu til at måle det signal, der kommer ud af transistorforstærkeren. Dette er målt til af have en en peak-peak amplitude på 2,8 V. Dette skal forstærkes op, således at amplituden kommer til at ligge omkring forsyningsspændingen, som er ± 5 volt. Den forstærkning filtret skal have, er givet ved A = 5 1,4 3, 6 gange. Samtidigt skal signalet filtreres, således det kun er det ønskede signal på 40 khz, der kommer igennem. Dette gøres, for at andre apparater og signaler i ultralydsområdet ikke skal forstyrre det ønskede signal, da dette kan give upræcise afstandsmålinger. 37

46 Kapitel 11. Afstandsmåling Til dette formål bruges et aktivt Sallen Key båndpasfilter (i det følgende BPF). Dette filter udmærker sig ved, at være et 2. ordens filter med en uafhængig forstærkning, der kan justeres uden at påvirke selve filteret. Filterets diagram ses på figur Figur 11.7: LTspice diagram af BPF Der skal opstilles en overføringsfunktion for filteret, hvilket gøres ved at finde et udtryk for V out i Laplace domænet. Her opstilles der først ligninger for knudepunkterne. Dem er der tre af: En ved den ikke-inventerende indgang på OPAMP en (V + ), en mellem modstanden R 3 og kondensatoren C 2, som kaldes V x på figur 11.7 og til sidst en ved V. Den inverterende indgang på OPAMP en kaldes V og den ikke inverterende kaldes V +. Her opstilles knudepunktsligningen for V x og denne isoleres: V x ( 1 R 1 + s C 1 + s C R 3 ) V in I V + laves en spændingsdeling mellem R 2 og C 2 : Ved V ser KCL således ud: ( 1 0 = V + 1 R 4 R 5 1 R 1 V out 1 R 3 s C 2 V + = 0 V x = 1 2 Vin + V out + scv + R 1,2,3 1 + scr 1,2,3 (11.13) V + = V x ) V out R 2 1 (11.14) s C 2 + R 2 1 V out = V (R 5 + R 4 ) R 5 R 4 Eftersom OPAMP en betragtes som værende ideel, og da der er negativ tilbagekobling mellem V out og V, vil spændingen over V + og V være ens, så V kan erstattes med V +. Operationsforstærkeren og modstandene R 4 og R 5 kan betragtes som en forstærker med forstærkningen lig A = R4+R5 R 4. Her sættes R 1 = R 2 = R 3 = R 1,2,3 for at gøre udregningerne simplere. Altså kommer udtrykket for V out til at se således ud: V out = A V + (11.15) Nu indsættes ligning ind i ligning og løses for V + : V + = 1 2 (V in + V out + scv + R 1,2,3 )R 1,2,3 (1 + scr 1,2,3 ) ( 1 sc + R 1,2,3) V + = (V in + V out )R 1,2,3 sc 2 + 4sCR + s 2 C 2 (R 1,2,3 ) 2 Dette sættes ind i ligning Denne ligning løses for V out således der fås et udtryk for V out med V in og komponentværdierne som ubekendte: V out = A (V in + V out )RsC 2 + 4sCR + s 2 C 2 (R 1,2,3 ) 2 = AV in R 1,2,3 sc 2 + 4sCR 1,2,3 + s 2 C 2 (R 1,2,3 ) 2 AR 1,2,3 sc Nu kan overføringsfunktionen H(s) opstilles. Her skal V out divideres med V in : H(s) = V out AR 1,2,3 sc = V in s 2 C 2 (R 1,2,3 ) 2 + 4sCR 1,2,3 AR 1,2,3 sc

47 Sektion Ultralydsmodtager Brøken divideres igennem med C 2 (R 1,2,3 ) 2 således s 2 kommer til at stå for sig selv: H(s) = AR 1,2,3sC (R 1,2,3) 2 C 2 s 2 (R 1,2,3) 2 C 2 (R 1,2,3) 2 c 2 + 4R1,2,3sC AR1,2,3sC (R 1,2,3) 2 C 2 2 (R 1,2,3) 2 C 2 Hvilket får overføringsfunktionen til at se således ud: H(s) = s 2 + s s A CR 1,2,3 ( 2 4 A CR 1,2,3 + CR 1,2,3 ) 2 (11.16) Nu ses det at overføringsfunktionen består af et enkelt nulpunkt og et komplekst polpar. Det komplekse polpar består af følgende: s 2 +2ζω n s+ω 2 n. Her er ω n nem at finde, da det er kvadratroden af den sidste del af nævner-polynomiet: ω 2 n = ( 2 CR 1,2,3 ) 2 ω n = 2 CR 1,2,3 Midterste led i nævneren af H(s) (formel 11.16) indeholder leddet: 2sζω n. Her findes ζ ved at indsætte ω n : 2 2sζω n = 2sζ R 1,2,3 C = s 4 A R 1,2,3 C ζ isoleres: Kvalitetsfaktoren for filtret, Q, er defineret ved: 4 A ζ =s R 1,2,3 C 1 2s R1,2,3C 2 = A 2 Q = 1 ( ) 1 4 A 2ζ = (11.17) 2 Bestemmelse af komponentværdier for BPF ω n er vinkelhastigheden på den naturlige egensvingningsfrekvens. Eftersom det signal, der skal igennem er 40 khz, skal dette regnes om til rad/s. Dette gøres ved: ω n = 2 π 40 khz Nu kan modstandenes og kondensatorernes størrelser bestemmes. Begge kondensatorer sættes til 4,7 nf, hvorved modstandene R 1, R 2 og R 3 kan bestemmes ud fra ω n : 2 2 R 1,2,3 = ω n C = 1, 2 kω 2 π 40 khz 4.7 pf Filteret skal levere en forstærkning på A = 3, 6 gange. Dette indsættes i (11.17) for at bestemme filterets kvalitetsfaktor. ( ) 1 ( ) 1 4 A 4 3, 6 Q = = 3, Bemærk at hvis forstærkningen kommer på A = 4, kan ligningen ikke løses, og når A > 4 bliver Q negativ, hvilket indikerer at filteret bliver ustabilt. Derfor skal A holdes under 4. Modstanden R 5 bestemmes ud fra udtrykket for forstærkningen A = R4+R5 R 4 : A = R 4 + R 5 R 4 R 5 = (A 1)R 4 = (3, 7 1) 10 kω R 5 = 26 kω 39

48 Kapitel 11. Afstandsmåling En modstand på 26 kω findes ikke. Derfor tages en modstand på 27 kω. Herved bliver forstærkningen: A = R 4 + R 5 10 kω + 27 kω = A = 3, 7 R 4 10 kω Dæmpningsfaktoren ζ bestemmes: ζ = A 2 = , 7 2 ζ = 0, 10 Alle komponentværdier for båndpasfilteret er nu bestemt. For at se hvordan filteret påvirker forskellige frekvenser, kan der laves et bodeplot. Kun amplitudekarakteristikken er interessant. Hvordan et bodeplot kan findes ved beregninger i hånden, er beskrevet i afsnit I computerprogrammet LTspice, kan amplitudekarakteristikken for filtret findes ved en simulering. Denne kan ligeledes findes ved beregninger med programmet Matlab. Amplitudekarakteristikken af bodeplottet er vist i figur 11.8, hvor både simulerede og beregnede værdier ses. Der er god sammenhæng mellem beregnede og simulerede værdier. Den mindre forskel der opstår, skyldes at simuleringen ikke betragter OPAMP en som værende ideel, hvilket er en af de antagelser der er lavet i beregninen. Figur 11.8: Bodeplot af de beregnede og simulerede data Her kan det ses, at filteret forstærker mest ved 2, rad/s eller 40 khz. den stiger med 20 db pr dekade op til de 2, rad/s og falder med 20 db pr dekade ved højere værdier. Forskellen mellem dette filter og det filter der blev beskrevet i afsnit er, at der ved BPF er lagt et nulpunkt ind i overføringsfunktionen, så der er en stigning på 20 db pr dekade. Derudover er dæmpningsfaktoren anderledes, så der er oversving på bodeplottet. Dette bevirker at der bliver tale om et båndpasfilter Buffer Efter test af transistorforstærkeren og BPF opstod der et problem: Enkeltvis virkede delene efter hensigt, men ved sammenkoblingen virkede de ikke. Dette kan løses ved at adskille de to kredsløb, således der ikke går nogen strøm fra forstærkeren til BPF. Dette kan gøres ved at sætte en OPAMP med enhedsforstærkning imellem kredsløbene, som vist på figur En sådan kobling kaldes en buffer. Eftersom der ikke går nogen strøm ind i indgangen på OPAMP en, trækkes der ikke nogen strøm ud fra forstærkerkredsløbet. Den strøm, som BPF så trækker, trækkes ud igennem forsyningen fra OPAMP en i bufferen. Bufferen sidder koblet op som vist på figur Der sidder en imellem forstærkeren og BPF og en imellem BPF og ensretteren Ensretter Der er nu opnået et sinus signal som svinger mellem 5 og 5 volt. Dette skal ensrettes, så der fås halvbølger der ligger mellem 0 og 5 V. Derudover skal der bruges et RC-led, så signalet bliver 40

49 Sektion Ultralydsmodtager Ultralydstransducer Signalet forstærkes Buffer Signalet filtreres for støj Buffer Signalet ensretts og skal lave det til digitalt output til microcontrolleren Ud til microcontroller Figur 11.9: Buffer Figur 11.10: Blokdiagram over modtageren med buffere udglattet. Herved opnås et udgangssignal hvor spændingsniveauet udtrykker amplituden på sinussignalet. Signalet før ensretteren, ved ensretning uden RC-led og ensretning med RC-leddet er vist på figur Figur 11.11: Ensretterens påvirkning af et sinussignal Figur 11.12: Ensretteren Kredsløbsdiagrammet for ensretteren er vist på figur Her ses en diode i serie med et RC-led. Bemærk at modstanden og kondensatoren går til stel og ikke til V cc N. Dioden fungerer på den måde, at den kun lukker strøm igennem i den ene retning, mens den blokerer strømmen den anden vej. Således kommer sinussen til at se ud som midt på figur Nu går der strøm igennem dioden halvdelen af perioden på sinuskurven, mens den blokerer den anden halvdel. Denne kurve skal flades ud, så den kommer til at se ud som højre del af figur Dette gøres ved at parallelkoble en kondensator og en modstand (et RC-led). Modstanden R 1 i ensretteren fastsættes til 3, 8 kω, hvorefter kondensatorens størrelse bestemmes. Kondensatoren skal være så lille som muligt, således kredsløbet har en så kort indsvingnindstid som muligt og spændingen falder hurtigst muligt, når der ikke er signal mere. Den skal dog ikke være for lille, da signalet så vil blive meget ujævnt. Den spænding der er over kondensatoren idet den er højest, altså ved en bølgetop, betegnes V max. Tiden imellem perioderne er t = 1 40kHz = 25µs. Herefter skal der bestemmes hvor stor spændingen skal være når næste periode i sinuskurven går høj igen. Denne sættes til 90% af den maksimale spænding, V max. Det der kendes er, at spændingen til tiden 0 er V (0) = V max og spændingen til tiden uendelig er V ( ) = 0 V, idet der er tale om en afladning. Disse kan indsættes i universalformlen: V (t) =V ( ) + (V (0) V ( )) e t τ =V max e 25µs τ Det ønskes at spændingen efter 25 µs skal være 90 % af V max, altså V (25µs) = V max Tidskonstanten τ = RC. Disse indsættes i universalfomlen: 90 V (25µs) = V max 100 = 0 + (V max 0)e 25µs 3800Ω C Det er ved udregningen antaget at sinussignalet ikke har indflydelse på kondensatorens afladning, hvilket den vil have i virkeligheden. Hvis denne ligning løses mht. C vil V max gå ud og C bliver 62 41

50 Kapitel 11. Afstandsmåling nf. Selve ligningsløsningen er ikke medtaget. Den kondensator der ligger tættest på 62 nf er 68 nf. Derfor bruges denne Komparator Efter ensretteren, haves et jævnt signal med amplitude mellem 0 og 5 volt. Signalet er lavt så længe mikrofonen ikke modtager noget. Så snart den modtager noget, bliver amplituden højere. Desto kraftigere signal der modtages, desto højere amplitude. Microcontrolleren har digitale indgange, som kan være logisk 1 eller logisk 0, hvilket ikke stemmer overens med det analoge modtagne signal. Dette analoge signal skal altså konverteres til et digitalt signal, som kan sendes ind i microcontrolleren og aflæses af denne. Til dette formål bruges en komparator. Komparatoren er koblet op som vist på figur Her er R 1 og R 2 en variabel modstand, der fungerer som spændings- Figur 11.13: Sinus signalet igennem ensretteren deler. Måden en komparator virker på er, at der sættes en referencespænding på det inverterende ben. Komparatoren der bruges er af typen LM319N (datablad findes i [38]). Denne komparator er af typen open collector, hvilket vil sige, at når den inverterende indgang er højere end den ikke-inverterende, trækkes outputtet til spændingen ref (se figur 11.13). Hermed bliver outputtet den samme værdi som denne. Når den ikke-inverterende indgang er højere end den inverterende, er der en uendelig høj impedans på udgangen. Derfor skal der være en såkaldt pull-high modstand på udgangen, så den bliver logisk 1 i dette tilfælde. Spændingsdeleren, der består af R 1 og R 2 består af en variabel modstand, som indstilles vha. et oscilloscop. Ved at indstille denne spændingsdeling, kan komparatoren finjusteres. Denne finjustering skal gøres, så komparatoren går høj, når den modtager en reflektion af den afsendte lyd, men ikke bliver påvirket af støj. Pull-high modstanden er sat til 10 kω Justering og test Den komparator der bruges i modtagerkredsløbet skal justeres og modtagerkredsløbet skal testes. Justeringen af komparatoren kan ikke foretages uden senderkredsløbet, idet justeringen afhænger af hvor kraftigt signal der modtages fra dette. Derfor foretages justering og test af modtagerkredsløbet i det følgende afsnit, når ultralydssenderen og modtageren er blevet sammensat Samlet afstandsmåler De to delmoduler der udgør afstandsmålingen, kan nu sammensættes til et samlet modul, der herefter kan testes i forhold til de opstillede krav til modulet Sammensætning Modulet sammensættes ved at tilkoble senderen og modtageren til microcontrolleren. Hvordan denne tilkobling er foretaget, kan ses på bilag 7. Bemærk at dette diagram også viser motorstyringen, der bearbejdes i næste kapitel. Der er ligeledes påtegnet en ekstra komparator i modtagerkredslø- 42

51 Sektion Samlet afstandsmåler bet. Årsagen til denne forklares i det følgende. Mikrofonen og højttaleren placeres side om side, som vist på figur Figur 11.14: Billede af mikrofon og højttaler. Mikrofonen er placeret længere tilbage end højttaleren, for at undgå direkte modtagelse. Beregning af afstand Den fulde kildekode til programmet der bruges på microcontrolleren, kan findes på vedlagte CD, i mappen "kildekode". Koden der bruges til afstandsmålingen, kan findes i filerne "distance.c" og "distance.h". Afstandsmålingen fungerer ved, at microcontrolleren programmeres til at udsende et ultralyds-burst, og måle hvor lang tid der går inden reflektionen af lyden modtages. Dette kan herefter bruges til at udregne afstanden, x: x= mm µs 2 t Værdien t er den målte tid i µs. Der deles med 2, fordi lyden bevæger sig ud til hånden og tilbage igen, altså dobbelt så langt som den faktiske afstand mellem hånden og skuffen. Værdien for lydens hastighed er omregnet, så den har enheden mm µs, hvorved afstanden x fås i mm. cm 2332µs. Den længste afstand modulet skal kunne måle er 40 cm, hvilket giver en tid på m s Hvis det tager længere tid end dette, vil modulet returnere 1 for at angive at der ingen hånd er eller den er uden for rækkevidde. Når en afstandsmåling er foretaget, skal der gå en vis tid inden den næste foretages. Dette gøres for at sikre, at den nye afstandmåling ikke modtager en forsinket reflektion fra en tidligere måling. Tiden mellem hver måling sættes til 75 ms, da denne har vist sig at være en tilstrækkelig stor tid. For at opnå en mere stabil afstandsmåling, bruges gennemsnittet af de seneste fire målinger, som den værdi afstandsmålingen returnerer Test af modtagerkredsløb og justering af komparator Idet sender- og modtagerkredsløbet nu er sammensat, kan der foretages en test af modtageren. Dette gøres ved at senderen sættes til at sende et ultralydsburst hver 75 ms, som beskrevet ovenfor. Måling på modtaget signal Under indstilling af komparatoren viste det sig, at signalet efter ensretteren var for ujævnt. Dette skyldtes at kondensatoren i ensretteren blev afladt for hurtigt. Dette blev afhjulpet ved at sætte en større kondensator ind. Kondensatoren blev erstattet med en 100 nf i stedet for 68 nf. Figur viser målinger fra et oscilloskop, målt på komparatorens indgang. (Målingen er beskrevet i bilag 5) Dette er altså det modtagne signal efter forstærkningen, filtreringen og ensretningen. Målingen er foretaget, mens der for hver 75 ms udsendes et ultralyds-burst, og det der ses, er den modtagne og ensrettede lydrefleksion, for ét burst. Der er vist reflektioner fra to forskellige afstande. På figur 11.15(a) ses det, at der er to toppe på modtagelsen. Den første top skyldes lyd der går direkte fra højttaleren til mikrofonen, mens det andet er lydens reflektion fra hånden. Når hånden er tæt på, som det ses på figur 11.15(b), har reflektionen en højere amplitude end den direkte lyd. For både at kunne måle afstanden på kort og lang afstand, skal der altså bruges to komparatorer, 43

52 Kapitel 12. Skuffestyring (a) Hånd på ca. 20 cm afstand (b) Hånd på ca. 5 cm afstand Figur 11.15: Måling med oscilloskop på komparatorens indgang Afstand [mm] Målt afstand [mm] Afvigelse [mm] Tabel 11.1: Modultest af afstandsmåling idet den komparator der bruges det første stykke tid, skal have en større referencespænding, end den der bruges den resterende tid. Tiden det tager, inden den direkte modtagelse er aftaget, er som det kan ses på figur 11.15(a) ca µs. Den første komparator skal altså bruges de første 1000 µs. Justering af komparatorer De to komparatorer skal justeres i forhold til amplituden på det signal de modtager. Dette gøres ved at tilslutte et oscilloskop til komparatorernes to indgange, med to forskellige prober. Den ene probe vil således være tilsluttet den variable modstand der bestemmer komparatorens referencespænding. Skalaerne for spændingen skal være indstillet ens for de to prober. Under justeringen må der ikke være noget der reflekterer lyden, men senderen skal være tilkoblet for at kunne justere i forhold til den lyd der går direkte fra højttaleren til mikrofonen. Først justeres den første komparator. Dette gøres ved at skrue på den variable modstand, indtil dens spændingsniveau ligger umiddelbart over toppen på det direkte lydrespons. Den anden komparator justeres på tilsvarende vis, hvor referencespændingen blot skal være over den største top der kommer efter 1000 µs Modultest Kravene til afstandsmålingsmodulet er som følger: Den målte afstand må ikke afvige mere end ±2 cm. Skal kunne måle alle afstande mellem 5-40 cm. For at teste dette, tilkobles microcontrolleren til en computer via seriel kommunikation. Afstandsmålingen skrives ud på den serielle udgang, hver gang en afstandsmåling er foretaget. Derved kan de målte afstande aflæses på computeren. Testen udføres nu ved at holde hånden i de, i tabel 11.1 angivne afstande, og aflæse hvilken værdi afstandsmålingen returnerer. Når den målte værdi er angivet til, betyder dette at hånden ikke er tilstede. Det ses at afstandsmålingen fungerer godt på korte afstande, mens den ikke fungerer korrekt på længere afstande. Modulet opfylder ikke modultesten, men fungerer godt nok til at kunne bruges i demoproduktet, idet målingen på korte afstande fungerer godt og er inden for ± 2 cm. 44

53 Sektion Fremdriftsmetoder Kapitel 12 Skuffestyring I dette kapitel er opbygningen af systemet til styring af skuffen, beskrevet. I første omgang er der fundet en metode til den mekaniske/elektriske styring, og lavet udregninger for denne. Dernæst er der redegjort for styremetoden med microcontrolleren. Begge er gennemgået med design-, udviklings- og testfaser. Der stilles en række krav til dette modul, specificeret i modulariseringen i afsnit Disse specificerer hvilken hastighed og acceleration modulet skal kunne yde på skuffen. Kravet om at skuffen skal kunne betjenes uden strømforsyning (krav 2), er også en faktor der skal tages højde for i moduldesignet. Desuden er krav 13, om at den automatiske bevægelse skal stoppes, også relevant at løse i dette modul Fremdriftsmetoder Dette afsnit gennemgår og forklarer de forskellige metoder, der er fundet til den elektriske/mekaniske del, der har til opgave at åbne og lukke skuffen hos demo-bfh. Metoderne er udarbejdet ved brug af brainstorm i projektgruppen. Der opstilles tænkelige fordele og ulemper ved de enkelte løsninger. Disse sammenlignes og holdes op imod kravspecifikationen for demoproduktet i afsnit 9.2. Sidst men ikke mindst er der udvalgt den løsning, som bruges til demo-bfh Tandstænger En metode at få skuffen til at bevæge sig på, er ved at benytte tandstænger, der påmonteres skuffen som illustreret på figur Dette fungerer ved, at en el-motor aktiveres og trækker tandhjulet rundt. Tandhjulets rotation vil få tandstængerne, og derved skuffen, til at bevæge sig. Fordelen ved denne metode er, at skuffen kan betjenes ved strømsvigt, forudsagt at motoren ikke udøver en for stor modstand. Dette er krav 2 i kravspecifikationen til demo-bfh i afsnit 9.2. Det tænkes desuden at udskiftning af tandhjul og tandstænger kan gøres med lethed, hvis disse opslides eller på anden måde bliver defekte, såfremt disse placeres lettilgængelige. Det er ved denne metode muligt at kontrollere hastighed og præcision rimeligt præcist, ved valg af tandhjulsstørrelse. Desuden kan motorstørrelsen dimensioneres, så skuffen åbnes og lukkes på en måde, der overholder krav 18 og 19 i kravspecifikationen. Ulempererne ved metoden tænkes at være støj når skuffen er i bevægelse. Dette er dog ikke et krav til demoproduktet. Der er også en risiko for at tænderne kammer over ved høj belastning, hvilket kan give en større fejlrate (krav 7). Figur 12.1: Tandstænger som fremdrift Kædetræk Ved denne metode anvendes en kæde i stedet for tandstænger. Kæden er monteret så der er ét fastgøringspunkt til skuffen. Det er dette punkt som bestemmer skuffens position. Opbygningen 45

54 Kapitel 12. Skuffestyring kan ses på figur Denne metode minder om tandstængerne, og har ligeledes den fordel, at skuffen kan betjenes uden tilsluttet elektricitet (krav 2). Kædetrækket har ligeledes samme fordel som tandstænger, hvad angår hastighedskontrol og præcision, samt at overholde krav 18 og 19, ved blot at dimensionere motoren korrekt. Ulemperne ved kædetrækket er, at der kan opstå rasle- og skrabelyde når kæderne bevæges. Dette skyldes at kæderne let vil kunne komme til at skrabe langs møblets overflader hvis kæderne sidder tæt op af disse. Dette er sandsynligt i et så kompakt system som BFH. Kæderne kan ligeledes skabe raslelyde, hvis de sidder for løst. Dog er problemet med støj ikke et krav til demoproduktet. Der er ligesom ved tandstængerne, en risiko for at kæden kammer over ved høj belastning. En anden ulempe er, at der er risiko for at kæden kan springe. De to sidstnævnte kan medføre en højere fejlrate (krav 7). Figur 12.2: Kædetræk som fremdriftsmetode Gummihjul Metoden med gummihjul fungerer ved at der monteres en liste af gummi på skuffen. En elektromotor trækker så et gummihjul rundt, som kører på gummilisterne. Metoden er illustreret på figur Skuffen kan også med denne metode, betjenes ved strømsvigt (krav 2). En anden fordel ved at bruge gummihjul er, at gummihjul vil være støjsvage, hvilket dog ikke er en del af kravene. Der tænkes heller ikke at forekomme støj af væsentlig grad hvis hjulet skulle skride rundt. Denne metode har samme fordel som de to foregående angående hastighed og præcision, og samme lethed for at overholde krav 18 og 19 vha. motordimensionering. En af ulemperne ved gummihjul er, at hjulene kan tænkes at skride hvis skuffens masse enten er for stor eller lille, eller hvis olie eller anden væske kommer mellem hjulene og listerne. Dette kan have indflydelse på fejlraten (krav 7). Figur 12.3: Gummihjul som fremdrift Aktuatorer Aktuatorer er på en måde, en kombination af et stempel og en motor. Disse fungerer på den måde, at der sidder en gevindstang eller en tandstang inde i selve stemplet, og en motor til henholdsvis at trække tandstangen, og rotere gevinstangen. Ved tandstangen vil denne blive skubbet ud. Da 46

55 Sektion Fremdriftsmetoder der er gevind, vil gevindstangen bevæge sig ud af stemplet, som en bolt i en møtrik. På figur 12.4 ses skuffen med en aktuator, der benytter en gevindstang. Fordelen ved at bruge aktuatorer med gevindstang, er at disse er meget stærke. Det er således ikke noget problem at flytte en skuffe med stor masse. Det er samtidigt muligt at kontrollere skuffens hastighed og præcision ret præcist, ved blot at dimensionere aktuatorerne herefter (krav 18 og 19). En stor ulempe ved denne metode er at aktuatorerne, med gevindstang, ikke kan betjenes uden elektricitet, hvilket er krav 2. Dette skyldes at gevindet på stængerne er lavet tæt, så aktuatoren kan holde til stor belastning. En anden ulempe er at aktuatorer ofte er meget langsomme, som et resultat af det tætte gevind. Herved kan det være et problem med overholdelse af krav 18 og 19, for såvel aktuatorer med gevindstang, og med tandstang.[39] Figur 12.4: Aktuator med gevindstang som fremdrift Trykluft Denne metode fungerer lidt på samme måde som aktuatoren. Der pumpes luft ind i eller ud af et stempel, med et trykluftsystem, hvilket vil få skuffen til at bevæge sig. Metoden ses på figur Metoden vil også fungere hvis luften erstattes med gas, olie eller anden form for væske. En fordel ved denne metode er, at skuffen kan betjenes ved strømsvigt(krav 2). Dette kan gøres med en sikkerhedsventil der udligner trykket, når skuffen forsøges åbnet eller lukket på konventionel vis. Det tænkes at hastighed og præcision kan kontrolleres rimelig præcist. Ligesom ved tidligere metoder er det her let at overholde krav 18 og 19, da stemplets størrelse og tryk blot skal justeres herefter. En ulempe ved denne metode er, at pumpesystemet tænkes at larme, når trykket i stemplerne skal vedligeholdes. Dette strider dog ikke imod nogle krav for demoproduktet. Desuden tænkes dette at være unødvendigt strømkrævende. En anden ulempe er at pumpesystemet tænkes at optage meget plads, hvilket er en ulempe når det skal indbygges i en skuffe. Figur 12.5: Trykluft som fremdrift Fjeder Ved denne metode tænkes det, at en fjeder sidder låst i spænd inde i skuffemøblet. Når mekanismen aktiveres vil låsen gå op, og skuffen vil skubbes ud vha. fjederens kraft. Metoden ses på figur For at skuffen kan lukkes igen, er det nødvendigt med en mekanisme, som kan påvirke fjederen 47

56 Kapitel 12. Skuffestyring med en større kraft end den fjederen udøver, og derved presse den sammen igen. Det vil her være en mulighed at kombinere metoden med en af de ovenstående. En fordel ved denne metode er at skuffen kan betjenes ved strømsvigt, forudsagt at den ikke kombineres med aktuatoren (krav 2). En anden fordel ved denne metode er at den tænkes at være støjsvag, medmindre der kombineres med én af ovenstående metoder. Desuden vil skuffen kunne åbnes meget hurtigt, i en akut situation, hvilket er relevant på eks. intensiv afdelinger på hospitaler. Det kræver kun at fjederen er dimensioneret rigtigt. Denne metode forestilles derfor let at kunne overholde krav 18 og 19. Metoden kræver som udgangspunkt ikke elektricitet, hvilket gør det let at overholde krav 2 i kravsspecifikationen. Dog vil dette afhænge af en evt. kombination med en af de andre metoder. Ulemper ved denne metode er at det kan være meget svært for brugeren, at kontrollere skuffens hastighed og præcision under åbning. En anden ulempe er at metoden højst sandsynligt ikke kan fungere alene, men skal kombineres, med evt. en af de tidligere nævnte metoder, hvorefter denne metode eventuelt arver fordele og ulemper fra sådanne metoder. Figur 12.6: Fjeder som fremdrift kombineret med tandstænger Snoretræk med lodder Dette fungerer næsten på samme måde som fjederen. Når mekanismen aktiveres vil skuffen køre ud vha. loddets vægt. Loddet påvirker snoren med en kraft grundet tyndgdeaccelerationen, og snoren påvirker skuffen. Denne metode ses på figur For at lukke skuffen igen, er det nødvendigt med en mekanisme der kan trække i snorene, og derved påvirke loddet med en kraft der er større end loddets kraft nedad. Ved denne metode kan skuffen ligesom ved fjederen betjenes ved strømsvigt, forudsat at den ikke kombineres med aktuatoren (krav 2). Der er ligesom ved fjederen den fordel, at den er meget støjsvag. Ved at dimensionere lodderne rigtigt, kan skuffen ligeledes ved denne metode, åbnes meget hurtigt, og det tænkes derfor let at kunne overholde krav 18 og 19. Denne metode kræver som udgangspunkt, lige som fjederen, heller ikke elektricitet, og har derfor de samme fordele som fjederen på dette punkt (krav 2). Ulemper er ligesom ved fjederen at det kan være svært for brugeren at kontrollere hastighed og præcision ved åbning. Metoden kan højest sandsynlig ikke fungere alene, men skal kombineres med en af de tidligere nævnte metoder. En anden ulempe er at systemet optager mere plads, da der skal være plads til at lodderne kan bevæge sig. Der er risiko for at snoren kan springe ved høj belastning, hvilket har indflydelse på fejlraten (krav 7) Udvælgelse af fremdriftsmetode For at udvælge hvilken metode der skal bruges ved demo-bfh, sammenlignes de forskellige ulemper og fordele. For overskuelighedens skyld er disse opstillet i et skema som ses i tabel De fordele og ulemper der vedrører et krav i kravspecifikationen til demoproduktet, i afsnit 9.2, er markeret med kravet i parentes. Metoderne med fjederen og snoretrækket kan højst sandsynligt ikke fungere alene, hvilket medfører at de skal kombineres med andre metoder. Det er herved dobbeltarbejde at konstruere en kombination af flere løsninger. Desuden tænkes det at præcisionen er dårlig, hvilket kan medføre at slutbrugeren betragter BFH som en hindring. Derfor fravælges disse. 48

57 Sektion Fremdriftsmetoder Figur 12.7: Snoretræk som fremdrift kombineret med tandstænger. Metode Fordele Ulemper Tandstænger Betjening ved strømsvigt (Krav 2). Støj. Stor præcision. Kan kamme over (krav 7). Hastighed og acceleration. (Krav 18 og 19) Kædetræk Betjening ved strømsvigt (Krav 2). Støj. Stor præcision. Kan kamme over. (krav 7) Hastighed og acceleration. (Krav 18 og 19) Kæden kan springe. (krav 7) Gummihjul Betjening ved strømsvigt (Krav 2). Risiko for skrid. (krav 7) Stor præcision. Hastighed og acceleration. (Krav 18 og 19) Støjsvag. Aktuatorer Stor præcision. Ingen betjening ved strømsvigt (Krav 2) Langsomme. (krav 18 og 19) Trykluft Betjening ved strømsvigt (Krav 2). Støj. Stor præcision. Højt strømforbrug. Hastighed og acceleration. (Krav 18 og 19) Fysisk pladskrævende. Fjeder Betjening ved strømsvigt (Krav 2). Lav præcision. (Støjsvag.) (Fungerer ikke alene.) Hastighed og acceleration. (Krav 18 og 19) (Ikke strømkrævende. (krav 2)) Snoretræk Betjening ved strømsvigt (Krav 2). Lav præcision. med lodder (Støjsvag.) (Fungerer ikke alene.) Hastighed og acceleration. (Krav 18 og 19) Snoren kan springe. (krav 7) Fysisk pladskrævende. Omfattende rep. arbejde Tabel 12.1: De forskellige fremdriftsmetoder opstillet med fordele og ulemper. 49

58 Kapitel 12. Skuffestyring Et af kravene er at skuffen skal kunne betjenes ved strømsvigt (krav 2). Dette må anses for et vigtigt krav, da BFH ikke skal være til hindring. Derfor fravælges aktuatorer med gevindstang. Desuden er aktuatorer generelt langsomme, hvilket også vil være til hindring. Derfor fravælges også aktuatorer med tandstænger. Grundet risiko for at gummihjul kan skride, fravælges denne metode. Det anses for omstændigt at konstruere et kædetræk, sammenlignet med tandstænger. Der er desuden en risiko for at kæden kan sprænge. Derfor fravælges metoden med kædetræk. Metoden med trykluft har samme fordele som tandstængerne, men ingen direkte ulemper som er i modstrid med kravsspecifikationen. Dog er det noget omfattende at opstille eller konstruere et helt pumpesystem, for at vise princippet med BFH. Desuden tænkes risikoen for at tandhjulene kammer over, at være meget lille. Det er ligeledes nemt at indstille gearingen på tandstængerne, løbende i udviklingen. Metoden med trykluft fravælges derfor. Demoproduktet vil blive konstrueret med tandhjul og tandstænger som fremdriftsmetode Motortype Det er fastsat at fremdriftsmetoden skal være tandstænger, drevet af en elektromotor. Det skal bestemmes hvilken type motor der egner sig bedst til dette. I det følgende er de forskellige motortyper beskrevet, og deres funktionsmuligheder opstillet. Til sidst er der valgt en motortype som bruges til demoproduktet. Der findes overordnet set to typer motorer. AC- og DC-motorer. Forskellen på disse er at AC-motorer kun virker ved forsyning af vekselstrøm og DC-motorer kun ved jævnstrøm.[40] I forbindelse med demoproduktet vil der blive brugt DC-strømforsyninger til forsyning af microcontrolleren, samt diverse kredsløb. Det er derfor valgt at benytte en DC-motor, da der på denne måde kan benyttes de samme strømforsyninger DC-motorer Der findes 3 forskellige DC-motorer. Disse er i det følgende gennemgået kort. Børstemotorer Disse er de mest almindelige DC-motorer. De er ligeledes lette og billige at konstruere.[40] Fordele ved børstemotorer er at disse er energieffektive, har stor kraft i forhold til størrelse og vægt, er støjsvage, og højt intertimomentet, hvilket betyder at de kan accelerere hurtigt ved belastning. Deres største ulempe er at de bruger carbon-børster, til at overføre strøm til de indre roterende dele. Ulempen er at børsterne i motoren bliver slidt med tiden, og kan derved medføre motorsvigt. Motoren kan i øvrigt tage skade ved vedvarende overbelastning.[41] Børsteløse motorer Denne motortype har ikke den ulempe at børsterne slides, men de er dyrere at konstruere, og kræver samtidig mere avancerede kredsløb til styring. Stepmotorer Denne type er en bestemt type børsteløse motorer, der hovedsageligt bruges i automatiserede systemer. De er konstruerede så en computerenhed kan styre motorens rotation i "steps", eller skridt. Det er således muligt at få motoren til at dreje et bestemt antal grader, og derved bruge den til præcisionsarbejde.[40] Fordele ved stepmotoren er at denne har en indbygget beskyttelse mod overbelastning, og den har en lang levetid. En ulempe ved stepmotorer er at de ikke er særligt energieffektive. De har desuden et lavt inertimoment, hvilket gør at de ikke kan accelerere særligt hurtigt under belastning. En anden ting er at disse ofte giver mere støj end almindelige DC-motorer[41] Valg af motortype I forbindelse med demoproduktet er det som udgangspunkt nok med børstemotoren. Denne egner sig fint til at demonstrere princippet ved BFH. Da der er tale om et demoprodukt, er det derved ikke nødvendigt med børsteløse motorer, der ellers kunne foretrækkes idet deres levetid er længere. 50

59 Sektion Motoren Der kan tænkes at være visse fordele ved at anvende stepmotorer, idet skuffens position kan bestemmmes ret præcist og styringen er afhængig af dette. Der er dog en risiko for at der kan opstå fejl ved step-målingerne, så det vil være nødvendig med et system til at korrigere for dette. Desuden er stepmotorerne dårlige til at accelerere ved belastning, hvilket kan være nødvendigt for at opfylde krav 18 i kravspecifikationen for demoproduktet, i afsnit 9.2. Børstemotorer vil kunne overholde dette krav, og støjer desuden mindre, hvilket er krav 22 i den overordnede kravsspecifikation for BFH. De er ligeledes energieffektive, hvilket hjælper til batteritiden, som vedrører krav 6, samt anbefalinger for miljøet. Det vælges at benytte en børstemotor, grundet nævnte fordele, samt at denne anses for at være tilstrækkelig til demonstration af princippet ved BFH Motoren Dette afsnit har til formål at frembringe krav til motorens styrke og omdrejningshastighed. Efterfølgende er den fremskaffede motor beskrevet Fysiske motorkrav Det er valgt at motoren skal dimmensioneres efter data for selve skuffemøblet til demoproduktet. Derfor er dette bygget i forvejen. Skuffen her har en masse på 2,546 kg. Skuffen er monteret i møblet med metalskinner. Der er monteret en metalskinne i hver side på selve skuffen og i hver side indvendigt på møblet. Mellem skinnerne på møblet og skuffen er plastikhjul, der nedsætter friktionen. Til selve fremdriftsmetoden er brugt et tandhjul med en diameter på 0,009 m og tandstænger designet til dette Kraft og moment Det er nødvendigt at foretage en række fysiske betragtninger på skuffen, for at finde frem til, hvor stor en kraft motoreren skal være i stand til at levere for at kunne åbne skuffen. En fritlegemeanalyse for skuffen er opstillet på figur Figur 12.8: Fritlegemeanalyse for skuffen. Figur 12.9: Forenklet fritlegemeanalyse for skuffen. Tyngdekraften og normalkraften kan fjernes, da de som sådan ikke har direkte inflydelse på skuffens bevægelsesretning. Luftmodstanden er vurderet ubetydelig, da skuffen aldrig opnår en særlig høj hastighed. Gnidningskraften ses der bort fra, da de skinner som skuffen bevæger sig på udøver en lav modstand, bl.a. pga. plastikhjulene. Et forenklet system for skuffen kan ses på figur I denne forenklede udgave af skuffesystemet er det kun den kraft som motoren udøver, der har betydning for skuffens bevægelse. Derfor vil den kraft som motoren skaber, blive overført direkte til skuffen. Denne forenklede udgave gør det derfor væsentligt nemmere at finde frem til, hvor stor motoren skal være. 51

60 Kapitel 12. Skuffestyring Da kraften som motoren yder på skuffen er den eneste tilbageværende kraft, vil følgende derfor gælde for det, på figur 12.9 opstillede system. Den resulterende kraft på et legeme F res har formen Af (12.1) og (12.2) fås derfor at motorkraften F motor bliver F res = F motor (12.1) F res = m a (12.2) F motor = m a (12.3) Det vides at den skuffe som motoren skal drive, vejer 2,546 kg, samt at skuffen skal kunne accelerere med minimum 3, 8m/s 2 (krav 18). Det tandhjul, der er fremskaffet til fremdrift af skuffen har en diameter på 0,009 m. Med disse kendte faktorer kan motoren nu dimensioneres. Først beregnes den nødvendige størrelse på motorkraften. De kente parametre listes for overskuelighedens skyld. diameter tandhjul = 0, 009 m m skuffe = 2, 546 Kg acc skuffe = 3, 8m/s 2 Indsættes massen og accelerationen i (12.3) fås F motor = 2, 546 Kg 3, 8m/s 2 = 9, 675 N Nu kendes kraften som motoren skal kunne levere. Dette skal omregnes til et udtryk i moment, da motoren leverer sin kraft via et rotende tandhjul. Det er dog nødvendigt at kende den vinkelrette afstand fra motorens rotationsakse og til kraftens angrebspunkt [42]. Denne afstand kaldes r, for radius, og kan udtrykkes som den halve diameter af tandhjulet der sidder på motoren. r kan findes ved følgende: r = diameter tandhjul 0, 009 m = = 0, 0045 m 2 2 Nu kendes de nødvendige værdier for at finde motorens moment, der er givet ved følgende formel [42]: motor moment = F motor r = 9, 675 N 0, 0045 m = 0, 044 Nm For at tage højde for den simplificerede model, uden modsatrettede kræfter, vurderes det at motoren skal overdimensioneres i forhold til det fundne moment. Motorens moment bestemmes derfor til at være 0,06Nm Omdrejningshastighed Af kravsspecifikationen for demoproduktet vides det at motoren skal kunne flytte skuffen med en hastighed på mindst 1 m/s (krav 19). Hastigheden som motoren kan flytte skuffen med afhænger af motorens omdrejningshastighed, samt den gearing der bruges. Ved demoproduktet er der som tidligere nævnt brugt et tandhjul med en diameter på 0,009 m. Omkredsen for tandhjulet kan findes ved formlen omkreds tandhjul = π diameter tandhjul = 0, 028 m Længden skuffen flyttes er derfor 0,028 m/o, hvor o står for omdrejnig. Det kan nu udregnes hvor mange omdrejninger motoren skal tage i minuttet for at overholde kravet på 1 m/s. 1 m/s = 35, 7 o/s = 2143 o/min 0, 028 m/o Det kan derfor konkluderes at motoren minimum skal kunne tage 2143 o/min for at krav 19 overholdes. 52

61 Sektion Motoren Opsummering De to fysiske krav som motoren skal opfylde for at kunne overholde accelerationen og hastigheden (Krav 18 og 19), opstilles som: Moment på min. 0,06 Nm. Omdrejningshastighed på min o/min Den fremskaffede motor Det er efter udregninger fundet at motoren skal kunne yde et moment på 0,06 Nm, såfremt denne overfører sin kraft igennem et tandhjul med en diameter på 9 mm. Der er til projektet fremskaffet en legomotor af typen "Electric Technic Mini-Motor 9 V, Lego 71427"[43]. Motoren betragtes som en black box og kan ses på figur Figur 12.10: Lego-motor af typen "71427". En motor af samme type anvendes i projektet [43]. Da det er en lego-motor, er det svært at fremskaffe datablade, med de oplysninger som skal bruges ved udregninger og dimensionering. Nødvendige data må derfor findes ved forsøg med motoren. Der foretages et forsøg med det formål at finde ud af hvor meget strøm motoren forbruger. Ved at forsyne motoren med spændinger i intervallet 1 V til 12 V, imens motorens rotationsakse er blokeret, bliver det muligt at opstille en graf over hvor meget strøm motoren maksimalt forbruger ved fuld belastning. Grafen kan ses på figur Forsøget er foretaget ved at tilslutte motoren til en manuel variabel strømforsyning, samt i serie med et multimeter der er sat op til at måle strøm. Der er efterfølgende foretaget målinger med 1 V som interval. For ikke at overbelaste motoren eller risikere at dennes temperatur får indvirkning på strømmen, blokeres aksen kun i kort tid under hver måling, hvorefter strømmen aflæses. Figur 12.11: Motorens strømforbrug ved forskellige spændinger, og blokeret motor (maksimal belastning). 53

62 Kapitel 12. Skuffestyring Da det vides at motoren er designet til at køre ved en spænding på 9 V, er det valgt at denne aldrig vil blive påtrykt et større spændingsniveau end dette, for at sikre motorens funktionsdygtighed. Den største strøm motoren vil komme til at forbruge er derfor 0,38 A. Denne størrelse skal senere bruges til at designe motor-kredsløbet. Det blev tidligere udregnet at motoren skal kunne levere et moment på 0,06 Nm for at være i stand til at accelerere skuffen med den ønskede acceleration på 3.8m/s 2. Det vides at den udleverede motor kan yde et moment på 0,06 Nm. [43] Dette betyder, at motoren teoretisk set burde være kraftig nok til at påvirke skuffen med den ønskede acceleration. Der er ydermere et krav om motorens rotationshastighed. Kravet er, at motoren skal have en rotationshastighed på 2143 o/min. Det kan dog ses, at motorens rotationshastighed ligger på 360 o/min[43]. Derfor er motoren ikke i stand til at bevæge skuffen med den ønskede hastighed på 1m/s. Rotationsværdien på 2143 o/min er bestemt ved at anvende et tandhjul med en diameter på 9mm. Anvendes et større tandhjul vil dette resultere i, at motoren ikke behøves at rotere så, hurtigt for at flytte skuffen den samme distance. Dette kræver dog, at motoren er i stand til at levere et større omdrejningsmoment. Da motorens omdrejningsmoment kun akkurat passer med et 9mm tandhjul, er dette udelukket. Derfor kan det konkluderes, at den faktiske motor teoretisk set burde overholde accelerationskravet, men være ude af stand til at overholde hastighedskravet Styresignal Motoren er en elektronisk motor og det skal være muligt at styre dennes hastighed og retning med et elektrisk signal. Det skal vælges hvilken signaltype der skal bruges til styring. Der er to metoder til dette: 1. Analogt signal 2. Pulsbreddemoduleret signal (PWM) Analogt signal Et analogt signal, er et signal der varierer sin spænding, for at justere motorens hastighed. Dette er illustreret som den vandrette faste kurve på figur Pulsbreddemoduleret signal (PWM) Et PWM-signal er et firkantsignal. Det varierer ikke i amplituden, som det analoge, men har to amplituder, høj eller lav, altså henholdsvis forsyning og stel. Når PWM anvendes, skiftes så hurtigt mellem høj og lav, at motoren ikke når at tabe fart, i den tid hvor signalet er lavt. Den energi der afsættes i motoren afhænger således af, i hvor lang tid signalet er højt. Dette kaldes dutycyclen, desto større dutycycle, desto længere tid er signalet høj og desto mere energi afsættes i motoren, hvorved den kører hurtigere. Forskellen mellem et analogt signal og PWM, ved forskellige dutycycle værdier, er illustreret på figur På figur ses det analoge signal foroven, og PWM-signalet forneden. Det kan ses at PWMsignalet emulerer det analoge signal, uden at bruge amplituder mellem 0V og 1V. Frekvensen på PWM-signalet er konstant, men procentdelen af "oppetiden"ændrer sig. Ved en konstant analog spænding, vil PWM-signalet ligne et almindeligt firkantsignal Valg af styresignal Den benyttede microcontroller kan generere et PWM-signal, via et indbygget PWM-modul. Dette gør det nemmere at bruge PWM, end et analogt signal, da der således ikke skal bruges nogen ekstern digital-analog konvertering. Derfor bruges dette. Microcontrolleren kan stadig ikke tilsluttes direkte til motoren, da den ikke levere tilstrækkelig strøm. 54

63 Sektion Styresignal Figur 12.12: Styring af motor med analogt signal og PWM.[44] Overordnet PWM i softwaren Som beskrevet i afsnit 10.3, er der én funktion i c-kode, der skal kunne styre motorens hastighed og retning. Denne funktion har to argumenter: 1. Køreretning: Retningen motoren skal køre. 2. Hastighed: En værdi som indikerer hvor hurtigt motoren skal køre Opsætning af PWM Inden PWM kan køre, skal microcontrolleren sættes op til at køre med dette. Microcontrolleren har nogle registre der bestemmer hvordan den kører. Disse skal sættes rigtigt op for at køre PWM. Microcontrolleren ATmega16 (datablad i [32]) har 3 ben der kan lave PWM-signaler. Der skal benyttes to af disse, én til at køre skuffen ud og én til at køre skuffen ind. Det er valgt at benytte PWM0 og PWM2, på henholdsvis ben PORTB3 og PORTD7 (se databladet [32] for detaljer om portene). Disse vil på diagrammerne blive betegnet "PWM_Microcon.". Derfor opsættes disse registre, så den kører Non-inverted, Fast PWM uden prescaling. Det er muligt at invertere det signal der kommer ud af microcontrolleren, men det er der ingen grund til, så derfor vælges noninverted. Der er ingen specifik grund til at køre Fast PWM, men det er nødvendigt at vælge en indstilling. Disse instillinger er ens for begge PWM-udgange. Hermed kan der laves PWM-signaler på benene PORTB3 og PORTD7 og disse opkobles så de kan styre motoren, i hardware-delen. PWM en kaldes med en talværdi mellem 0-255, der afgør i hvor lang tid der skal sendes logisk 0 og 1 på udgangene, og disse kan nu styres.[32] Funktion til motorstyring Den overordnede funktion set_motor kaldes med variablen speed, som kan antage værdier fra 0-255, den samme talværdi som PWM kan antage. Derved er det muligt at sende denne hastighed med fra den øvrige kode. Sammen med denne sendes værdien direc, der er en enumerator der kan antage værdien OUT, IN, eller STOP. Funktionen får hermed tilsendt de nødvendige data, og kan nu kaldes af den resterende kode, så motoren kan styres. Selve motorstyringen består hermed af en funktion i koden, som bevæger motoren alt efter hvilke værdier der tilsendes fra den øvrige kode, og på den måde er det muligt at styre skuffen Test af PWM For at teste om PWM-modulet fungerede, blev der opkoblet en lille 5 V motor til microcontrolleren. Motorens negative ben var koblet til stel, og dens positive ben til et 5 V PWM ben, på microcontrolleren. Denne motor var fordelagtig, da microcontrolleren netop sender 5 V ud. Ved at give PWM-udgangen forskellige værdier mellem 0-255, kunne hastigheden på motoren varieres 55

64 Kapitel 12. Skuffestyring idet PWM signalet forsynede motoren, og det kunne konkluderes at PWM-modulet fungerede efter hensigten Motorkredsløb Dette afsnit omhandler designet af det kredsløb, der skal gøre microcontrolleren i stand til at styre motoren. Der kan ses et blokdiagram på figur Microcontroller (AVR) PWM 5V Motorkredsløb PWM 9V Motor Figur 12.13: Blokdiagram over motorkredsløbets placering og funktion Styring af motorretning Som det kan ses på figur så er motorkredsløbet nødvendigt, da microcontrolleren maksimalt kan levere 5 V på de I/O ben, der bruges til at generere det PWM modulerede styresignal til motoren. Motoren skal forsynes med 9 V. Det er derfor nødvendigt at designe et kredsløb, der omformer microcontrollerens 5 V til et 9 V signal, der kan sendes til motoren. Da microcontrolleren maksimalt kan levere 40 ma pr. I/O ben, og motoren kan komme op og trække en strøm på 380 ma, er det også nødvendigt at motorens forsyningsstrøm ikke leveres af microcontrolleren. Hermed skal en stor strøm på motoren styres af en lille strøm og spænding på microcontrolleren. Til dette formål kan der anvendes transistorer som switche, hvilket der kan læses mere om i appendiks D. Et diagram for et kredsløb, der kan styre motoren, kan ses på figur Bemærk at dette kredsløb er en foreløbig udgave, der vil blive bygget videre på. Figur 12.14: Foreløbigt diagram over transistorkobling til motorstyring. Denne kobling vil tillade microcontrolleren at styre motorens 9 V forsyning, vha. transistorer. Det ønskes dog at microcontrolleren både skal kunne køre skuffen ud, og ind. Det er derfor nødvendigt at microcontrolleren kan vende strømmen over motoren, for at vende motorens rotationsretning. Dette kræver blot at der indsættes endnu en kobling magen til den på figur 12.14, modsat rettet over motoren. Koblingen kan ses på figur Vha. denne kobling vil microcontrolleren være i stand til at styre motoren, så den kan køre i begge retninger. Det vides at motoren ved maksimal belastning, forbruger 0,38 A. Der skal bruges både NPN og en PNP transistorer til kredsløbet. Disse skal kunne klare den strøm der løber gennem dem, hvilket er den samme strøm der løber gennem motoren. Derfor er valgt henholdsvis BD437 NPN [45] og BD438 PNP [46]. Disse transistorer er lavet til en spænding på 45 V og en strøm på 4 A. 56

65 Sektion Motorkredsløb Figur 12.15: Foreløbigt diagram over transistorkobling til motorstyring, dobbeltrettet Overcurrent protection Når en spoles forsyning afbrydes, vil strømmen igennem spolen ikke ændres momentant. Dette skyldes at en spole genererer et magnetfelt omkring sig, når den forsynes med en strøm. Bliver strømmen afbrudt, vil den energi der er afsat i magnetfeltet omkring spolen, først skulle induceres tilbage i spolen, hvilket vil få spolen til at opføre sig som en strømkilde i et kort tidsrum. Motoren i kredsløbet på figur kan betragtes som en spole, og derfor vil kredsløbet på figuren have et problem, når transistorerne der styrer motorens forsyning og stel afbrydes. Motoren vil nemlig begynde at forsyne kredsløbet med samme strøm, som der løb gennem motoren før den blev afbrudt. De afbrudte transistorer vil svare til meget store modstande, når de afbrydes. Som følge heraf vil motoren generere en meget høj spænding over de slukkede transistorer, som følge af Ohms lov. Dette udgør en sikkerhedsfare for transistorerne, da disse kun kan modstå en begrænset spænding. Det er derfor nødvendigt at der indsættes et komponent der kan forbruge strømmen i spolen. Derfor indsættes en overcurrent beskyttelsesmodstand parallelt over motoren. Overcurrent beskyttelsesmodstanden Da det vides at motoren maksimalt forbruger en strøm på 0,38 A ved fuld belastning, og transistorne kan klare en spænding på 45 V, kan overcurrentmodstanden nu dimensioneres: R overcurrent = 45 V 0, 38 A = 103, 5 Ω Den strøm der løber gennem transistorerne vil stige, grundet denne modstand, da den er parallelkoblet med motoren. Af hensyn til transistordimensioneringen, er det ligeledes nødvendigt at vide hvor stor den totale størm er. Der vil være et spændingsfald over overcurrentmodstanden på 9 V, og strømmen gennem den bliver således: I overcurrent = 9 V = 0, 087 A 103, 5 Ω Da der maksimalt vil løbe en strøm gennem motoren på 0,38 A, bliver den maksimale strøm igennem denne og overcurrentmodstanden I motorkobling = 0, 38 A + 0, 087 A = 0, 467 A. Dette er langt mindre end de 4 A, der er den maksimale strøm for de benyttede transistorer Transistorerne Den minimale DC current gain værdi (h FE værdi) for de benyttede transistorer er 40. Det vides at NPN transistoren skal have en basespænding der er ca. 0,7 V større en emitterspændingen. Samme forhold gælder for PNP transistoren, dog skal basespændingen være 0,7 V mindre end emitterspændningen. Som det kan ses på figur styres NPN transistoren direkte af microcontrolleren, og PNP transistoren styres igennem en OPAMP, der åbner til stel når transistoren skal åbne. Situationen er følgende for henholdsvis NPN og PNP transistorerne. 57

66 Kapitel 12. Skuffestyring NPN-Transistorerne En NPN transistor skal have ca. 0,7 V ind på basen, mens microcontrolleren giver 5 V ud. Derfor sættes en modstand ind imellem microcontrollerens udgang og transistorens base. For at være sikker på at transistoren er lukket helt op, dimensioneres modstanden således base-emitterspændingen bliver 1 V. Den nødvendige basestrøm for at åbne NPN transistoren som en switch kan nu udregnes. I C = 0, 467 A h FE = 40 I B = I C h FE = 0, 012 A Der tages den dobbelte værdi af I B for at sikre at transistoren er lukket helt op. Modstanden der skal sidde imellem microcontrolleren og NPN-transistoren kan nu udregnes, idet der skal være et spændingsfald over den på 5 V 1 V = 4 V: R B = 4 V I B 2 = 171, 3 Ω Modstanden R B vil på senere diagrammer være omdøbt til R 3. PNP-Transistorerne Disse transistorer skal have en basespænding 0,7 V lavere end emitterspændingen. Emitterspændingen er på 9 V. Derfor skal basespændingen være på 8,3 V. Her vælges 8 V for at sikre at transistoren åbner helt op. PNP-transistoren har samme h FE værdi som NPNtransistoren. I C = 0, 467 A h FE = 40 I B = I C h FE = 0, 012 A Her tages igen den dobbelte værdi af I B for at sikre at PNP-transistorne er lukket helt op. Modstanden der skal sidde imellem OP-AMPEN og PNP-transistoren skal have et spændingsfald over sig på 8 V når PNP-transistoren skal åbne. Denne modstand kan nu beregnes. R B = 8 V I B 2 = 342, 6 Ω Da strømmen regnes positiv den modsatte vej, skifter denne fortegn. Modstanden skal derfor være på 342, 6 Ω. Modstanden R B vil på senere diagrammer være omdøbt til R Operationsforstærkerne Denne er af typen LM741. (datablad findes i [47]) Disse operationsforstærkere sidder imellem microcontrolleren og PNP-transistoren med det formål, at skabe et kontrollerbart stelpunkt. På deres positive indgang har de en spænding der ligger en smule over stel. Denne spænding bliver skabt af to modstande koblet i serie imellem 9 V og stel, som en spændingsdeler. Modstandene er valgt store, for at begrænse strømmen der løber igennem modstandene. Koblingen kan ses på figur Referencepunktet skabes vha. R 1 på 100 kω og R 2 på 1 kω Sammensætning og test af kredsløb Det samlede kredsløb kan ses på figur Kredsløbet er testet ved at forbinde punkterne PWM_Microcon. til 5 V via kontakter. Da motoren både var i stand til at dreje den ene og den anden vej, afhængigt af hvilken kontakt der blev aktiveret, er konklusionen at kredsløbet fungerer efter hensigten. Efterfølgende blev kredsløbet testet ved at tilslutte PWM-signalet fra microcontrolleren til punkterne PWM_Microcon. Dette viste sig også at fungere efter hensigten. Der mangler dog en væsentlig funktion i dette kredsløb. Nemlig evnen til at registere om motoren er blokeret eller ej. 58

67 Sektion Detektion af motorblokering Figur 12.16: Diagram over operationsforstærkernes opkobling. Figur 12.17: Diagram over motorstyrringskredsløbet Detektion af motorblokering Dette afsnit omhandler designet af det elektronik, som skal fjerne motorforsyningen i tilfælde af at skuffens bevægelse er blokeret. En sådan mekanisme er nødvendig at indbygge i demoproduktet, da motoren risikerer at blive beskadiget, hvis den over længere tid overbelastes. Dette vil ske hvis skuffens bevægelsesretning og dermed motoren blokeres. Ligeledes ønskes det, at motoren stopper når ydrepositionerne er nået. Dette kan opnås ved samme funktion, da skuffen vil være blokeret hvis den når ydrepositionerne på dens bevægelsesretning. Når ovenstående implementeres, vil skuffen ligeledes stoppe hvis en person får fingrene i klemme, hviket er et krav til demo-bfh (krav 13). Det vides at når motoren er blokeret, vil der løbe en strøm på 0,467 A igennem motorkoblingen. Kobles en lille modstand i serie imellem motor og stel, vil der ligge et lille spændingsfald over denne modstand. Stiger strømmen igennem motorkoblingen, vil spændingen over denne modstand også stige grundet ohms lov, der siger U = R I. En komparator kan benyttes til at omdanne dette spændingsfald til et signal som microcontrolleren kan læse, dvs. logisk 0 eller 1. Kobles en komparator op med en referencespænding, som er mindre end spændingsfaldet over modstanden, idet motoren er blokeret, vil komparatoren sende logisk 1 når motoren blokeres og logisk 0 ellers. Derved kan komperatoren kobles til microcontrolleren og på den måde bliver det muligt at detektere en eventuel motorblokering. Koblingen ses på figur Da komparatoren er koblet imellem 5 V og stel, kan den ikke detektere spændinger under 0,6 V. Dette skyldes at komparatoren er opbygget af transistorer. Det er derfor et krav, at hverken referencespændingen eller motorspændingen må gå under de 0,6 V hvis komparatoren skal fungere efter hensigten. 59

68 Kapitel 12. Skuffestyring Figur 12.18: Diagram over blokeringsdetekteringsmodul Referencespændingen Denne reguleres vha. en spændingsdeler. Denne spændingsdeler vil bestå af to modstande i serie, imellem en forsyning på 9 V og stel. Den første modstand vælges til at være: R 5 = 100 kω R 6 kan nu beregnes vha. spændingsdelerformlen. Formlen ser ud som følgende. R 6 V R6 = 9 V R 5 + R 6 Det ønskes at referencespændingen skal være så lille som muligt, altså 0,6 V, hvilket indsættes: 0, 6 V = 9 V Sikkerhedsmodstandens størrelse R kω + R 6 R 6 = 7143 Ω Motorkoblingen trækker en strøm på 0,467 A når motoren er fuldt belastet. Derfor er det nødvendigt at R safety dimensioneres, således at den skaber en spænding over 0,6 V, idet der løber en strøm af denne størrelse igennem den. Derfor vælges R safety til 1, 8 Ω. Dette giver anledning til følgende spændingsfald over R safety, altså spændingen ind på komperatoren, når motoren er fuldt belastet: V safety = 0, 467 A R safety = 0, 841 V Denne er herved inden for det ønskede niveau. Der anvendes en komparator af typen LM319N [48] Software til motorblokering Det er bestemt at microcontrolleren skal modtage et logisk 1, når skuffen blokeres. Derfor skal microcontrolleren være i stand til at detektere dette på et ben, og gøre denne information tilgængelig for resten af koden, så der kan handles herefter. Der er flere måder at gøre dette på. 1. Pin high 2. Timer Interrupt 3. Eksternt interrupt. Ved "Pin high" er det muligt løbende at holde øje med om benet er blevet højt, ved at koden på microcontrolleren kører i en evig løkke og kontrollerer dette. Denne metode er dog problematisk, da der er andre dele af programmet som også skal køres sideløbende. 60

69 Sektion Detektion af motorblokering Det er muligt at lave den samlede kode, så der kontrolleres om benet er højt som en fast funktion, der kaldes. Det vides dog ikke præcist hvor tit dette undersøges, da forskellige dele i den samlede kode, kan variere i behandlingstid afhængigt af situationen. Hermed risikeres det at der går lang tid fra benet bliver højt, til det registreres i programmet. Dette problem kan dog løses, hvis man læser på benet med et fast tidsinterval. Dette er muligt vha. et "timer interrupt". På den måde læser microcontrolleren på benet med et fast tidsinterval og længden på dette interval bestemmer så den maksimale registreringstid. Metoden er pålidelig, men afbryder løbende den øvrige kode, hvilket kan være et problem. Den tredje mulighed er en "ekstern interrupt". Denne forstyrrer ikke unødigt, og kaldes kun når der sker noget på benet, hvilket gør denne metode mest oplagt. Den valgte microcontroller, har 3 forskellige ben der kan bruges til eksternt interrupt, men der skal kun bruges 1. Derfor vælges INT0, hvis korresponderende ben er PORTD2 på microcontrolleren. (se databladet [32] for detaljer om portene). Signalet til dette ben vil på diagrammer fremgå med navnet "Safety_Microcon.". En ekstern interrupt kan kaldes på basis af flere forskellige hændelser på benet [32]: 1. Lavt niveau på INT0 genererer et interrupt. 2. Enhver logisk ændring på INT0, genererer et interrupt. 3. Faldende spænding (falling edge) på INT0 genererer et interrupt. 4. Stigende spænding (rising edge) på INT0 genererer et interrupt. Da det ønskes at hændelsen skal registreres så hurtigt som muligt, vælges det at det eksterne interrupt skal kaldes så snart spændingen begynder at stige på benet. Dette gøres med den såkaldte "rising edge" (Punkt 4). En tilhørende ISR (et specielt stykke kode, der tager sig af interrupts) kaldes herved så snart en blokering registreres, og sætter variablen blocked til 1. Herved kan resten af koden se, at skuffen er blokeret. Det er resten af kodens opgave at sætte blocked til 0, når der er blevet handlet på blokeringen Test af motorblokeringsmodul For at teste om det modul der skal detektere om motoren er blokeret, fungerer korrekt, testes modulet efter tre ting. 1. Udsender komperatoren logisk 1 når motoren blokeres. 2. Udsender komperatoren logisk 0 når motoren udsættes for normal belastning. 3. Registrerer microcontrolleren ændringen fra komperatoren, når motoren blokeres. Ved normal belastning, menes den belastning som motoren udsættes for, når skuffen bevæger sig uhindret. Testkriterium 1 kontrolleres ved at blokere motoren, samtidigt med at der måles på komperatoren. Testkriterium 2 kontrolleres på samme måde, dog uden at blokere skuffen. Testkriterium 3 kontrolleres ved, at programmere microcontrolleren til at tænde en lysdiode når den registrerer et logisk 1 på den indgang der er koblet til komparatoren. Modulet er blevet test for alle tre kriterier, og da den reagerede som ønsket, kan det konkluderes at motorblokeringsmodulet fungerer efter hensigten Integration af motorblokeringsmodul Motorblokeringsmodulet er lavet således, at det direkte kan sammensættes med det samlede kredsløb for skuffestyringen. Det færdige kredsløb med motorblokeringsmodulet integreret, kan ses på figur Kredsløbet blev testet, ved at se om microcontrolleren både var i stand til at skifte motorens rotationsretning, styre motorens hastighed vha. PWM, og registere om motoren var blokeret. I første omgang fungerede registeringen af motorblokeringen ikke korrekt. Dette skyldtes at microcontrolleren registerede motoren som værende blokeret, hver gang motoren begyndte at bevæge 61

70 Kapitel 12. Skuffestyring Figur 12.19: Diagram over det færdige motorstyringskredsløb. sig. Dette forårsagedes af, at motoren mødte meget modstand lige når den skulle sætte i gang, og herved trak den mere strøm end beregnet, hvilket blev registeret som en blokering af motoren. Problemet blev løst ved at indsætte en kondensator på udgangen af komparatoren, der fortæller om motoren er blokeret eller ej. Denne er 10 µf stor, og tager derfor en vis tid at oplade. Derfor skal komparatorens udgang være logisk 1 i en vis periode, inden kondensatoren er opladet og microcontrolleren vil se det som logisk 1. Efter denne lille justering, fungerer kredsløbet efter hensigten. Nu skal det testes om kredsløbet er i stand til at bevæge og accelerere skuffen, inden for de ønskede parametre Modultest for skuffestyring Dette afsnit omhandler modultesten af skuffestyringsmodulet. Hvordan de enkelte punkter er testet, kan der læses mere om i målejournalen for skuffestyringen. Se bilag 6. Kravene til skuffestyringsmodulet er følgende: 2. Møbler udstyret med BFH skal kunne åbnes og lukkes manuelt, uanset om BFH forsynes med strøm eller ej. 13. Hvis den automatiske bevægelse blokeres, skal denne stoppe automatisk, således at brugeren ikke kommer til skade. 18. Skal kunne accelere en skuffe med mindst 3,8m/s Skal kunne åbne og lukke med mindst 1m/s. Krav 2 er overholdt. Skuffen kan åbnes manuelt både med, og uden tilsluttet strøm. Krav 13 er overholdt. Skuffen er i stand til at stoppe den automatiske bevægelse, hvis skuffen møder modstand i sin bevægelsesretning. Dette gælder både når skuffen kører ind og ud. 62

71 Kapitel 13. Integration Krav 18 er ikke overholdt. Dette skyldes at skuffens maksimale acceleration er på 0, 37 m/s2. m/s2 Accelerationen er derfor 100 0,37 3,8 m/s2 100 = 90, 26% lavere, end det ønskede niveau. Begrundelsen herfor er, at motoren ikke er korrekt dimensioneret i forhold til skuffemøblet. Dette skyldes at det tandhjul samt de tandstænger som motoren bevæger skuffen via, udgør en væsentlig større modstand end forventet. Krav 19 er ikke overholdt. Dette skyldes at skuffens tophastighed er på 0, 11 m/s. Hastigheden m/s er derfor 100 0,11 1 m/s 100 = 89, 0% lavere, end det ønskede niveau. Begrundelsen herfor er den samme som til krav 18. Derudover er det fundet, at den brugte motor ikke har tilstrækkelig stor omdrejningshasighed (se afsnit ). Opsamling Skuffestyringsmodulet lever ikke op til alle de opstillede krav. Begrundelsen herfor er, at den anvendte motor ikke er tilstrækkelig stærk og hurtig. Det vurderes dog at modulet fungerer i en sådan grad at princippet bag BFH kan demonstreres. Derfor forventes dette ikke at blive nogen yderligere hindring for demoproduktet. Kapitel 13 Integration I tidligere afsnit er der redegjort for afstandsmålingen og skuffestyringen. Disse to har ingen væsentlig funktion seperat, medmindre de kobles sammen, og integrationen har til opgave at gøre netop dette. Integrationen består af en kode på microcontrolleren, der implementerer de to moduler. Herved bruges disse i en styring, der har til formål at få skuffen til at følge håndens bevægelse, med det grundprincip, at afstanden til hånden skal holdes konstant. På den måde skulle skuffen gerne opføre sig, som benyttede brugeren et traditionelt håndgreb. Bilag 7 viser det færdige diagram, hvor hele kredsløbet er sammensat og tilkoblet microcontrolleren. Bemærk at kredsløbet bruger mange forskellige strømforsyninger. Ultralydssenderen bruger 20 V og 5 V, ultralydsmodtageren bruger +5 V og 5 V. Motorkredsløbet bruger 9 V og microcontrolleren bruger 5 V. Dette betyder dog intet, da der er tale om et demoprodukt og der derfor blot tilsluttes almindelige strømforsyninger. Figur 13.1 viser det færdige demoprodukt. Figur 13.1: Det færdige sammensatte produkt 63

72 Kapitel 13. Integration 13.1 Software styring Kildekoden til det program der ligger på microcontrolleren, kan findes på bilags-cd en i mappen "kildekode". Kildekoden er kommenteret på engelsk og der henvises til disse kommentarer, da de beskriver programmets funktion i detaljer. Softwaren er opbygget som en evig løkke, der måler afstanden og derefter justerer motorens hastighed på basis af denne. Der er i løkken et delay på 75 ms, for at sikre at ultralyden der bruges i én afstandsmåling ikke forstyrrer den næste afstandsmåling. Seriel kommunikation Under opbygningen af softwaren, er der brugt seriel kommunikation til at sende forskellige beskeder til en computer. Dette har været til hjælp ved fejlfinding i programkoden og analyse af hvordan programkoden opfører sig. De funktioner der sender og modtager fra seriel, ligger i usart.c og usart.h. Ved at definere DISABLEUSART, (se usart.h) er det muligt at deaktivere denne afsendelse af statusbeskeder over seriel. Dette er gjort i det endelige demoprodukt. Bestemmelse af skuffens hastighed og retning Fastsættelsen af hvor stor dutycycle PWMoutputtet til motoren skal have, bestemmes i filen main.c. Denne beslutning er baseret på afstandsmålingens resultat. Fastsættelsen af dutycyclen gøres på basis af hvor langt skuffen er fra hånden og hvor hurtigt hånden bevæger sig i forhold til skuffen. Der er opstillet en række tilfælde for afstanden og hastigheden, hvilket så dikterer dutycyclen. Der henvises til kommentarerne i kildekoden for en detaljeret beskrivelse af hvordan dette fungerer Reguleringsmodel Den metode der er brugt til at fastsætte PWM dutycyclen, på basis af hvor langt der er fra hånden til skuffen, er ikke den optimale måde at gøre dette på. I demoproduktet gøres det på basis af nogle intervaller for afstand og hastighed, altså en trinvis inddeling. Ved at opstille en PI-regulator, kan fastsættelsen af PWM-dutycyclen gøres på basis af en beregning, hvorved der ikke vil være tale om en trinvis inddeling. Dette vil selvsagt give en bedre regulering. Derudover bliver det nemmere at opnå en god regulering, da en PI-regulator kan beskrives matematisk. Denne model er grundet mangel på tid ikke anvendt i demoproduktet Modellen Opbygningen af regulatoren vil være baseret på en model for motoren og skuffesystemet. Denne model skal opbygges på basis af målinger af det faktiske system. Den vil betegne overføringen af en PWM-dutycycle til en hastighed på skuffen. Flowdiagrammet for regulatormodellen opstilles og ses på figur x w + - Δx Controller PI DC/PWM + + System H(s) v Integrator 1 s x δ Figur 13.2: Flowchart over reguleringsmodel. x w sendes ind som referenceafstand, altså den ønskede afstand fra skuffe til hånd. Den aktuelle afstand x måles. Differencen mellem disse to, x, findes. I virkeligheden er det denne værdi der måles af afstandsmålingen. En PI-regulering bestemmer en PWM-værdi, der bruges til styring af motorhastigheden. Værdien δ lægges til. Denne skal korrigere for friktion og inertimoment, for systemet. Dette er den mindste PWM-værdi der skal til, for at motoren begynder at køre. Den samlede værdi sendes til systemblokken. Systemblokken betegner det samlede fysiske system, bestående af motor og skuffe, samt friktion og andet tab mellem disse. I modellen giver systemblokken en hastighed ud. Denne integreres for at finde skuffens position. Afstanden sendes nu tilbage som den nye position, og løkken gentager sig. 64

73 Kapitel 14. Acceptest Regulering af PWM Motoren styres som beskrevet i afsnit af PWM. Det forestilles som udgangspunkt at foregå som illustreret på den stiblede graf til venstre i figur Så snart PWM aktiveres vil motoraksen rotere. Jo højere PWM jo hurtigere roterer aksen. Dette er dog kun hvis motoren er ideel. Det er således at PWM-signalets dutycycle, som der kan læses mere om i afsnit , har en mindsteværdi, for hvornår systemet vil bevæges. Dette skyldes friktion og inertimoment. Hvis der foretages en række målinger af hastigheden afhængigt af PWM en og dette plottes, samt der laves en liniær tilpasning, vil der fremkomme en graf som den til højre i figur Den mindste PWM-dutycycle der vil få skuffen til at bevæge sig, kaldes δ (delta). Reguleringen foregår ved at δ lægges til den PWM-værdi som systemet modtager fra PI-regulatoren. Dette vil korrigere for friktions- og inertimoments-fejl, da systemet således altid minimum vil modtage den mindste værdi der vil få det i bevægelse. Figur 13.3: Teoretisk graf for motorhastigheden afhængig af PWM. Controller med PI-regulering Der er opstillet et flowdiagram for selve PI-regulatoren. Denne ses på figur Denne består af en P-regulering som foregår ved en forstærkning af x med K p, der skal korrigere for langsomt opstartsforløb. Jo større K p, desto hurtigere vil skuffen reagere. Dog må det ikke blive for stort, da det kan resultere i at systemet bliver ustabilt. Ulempen ved P-regulering er at der let forekommer steady-state-fejl samt oversving i indsvingningsfasen. PI-reguleringen afhjælper problemet med steady-state-fejl. Her er der et ekstra led på efter K p - forstærkningen, hvor det forstærkes med K i samt integreres. Signalet fra dette lægges til værdien forstærket med K p. Ved at lave tuning på denne regulator er det muligt at få K p og K i indstillet så indsvingningsfasen bliver så hurtig som mulig, med lille oversving, samt fjerne steady-state-fejl. Δx Kp + DC/PWM Ki 1 s + Figur 13.4: Flowdiagram for PI-reguleringen. 65

74 Kapitel 14. Acceptest Kapitel 14 Acceptest Dette afsnit omhandler udførelsen af acceptesten for demoproduktet. De enkelte kriterier vil blive testet efter de, i afsnit 9.3, definerede testprocedurer. 1. Mindst én hånd skal kunne holdes fri under betjening. Testen er udført som en del af punkt Møbler udstyret med BFH skal kunne åbnes og lukkes manuelt, uanset om BFH forsynes med strøm eller ej. Der var under testen ingen problemer med at åbne og lukke skuffen manuelt, hverken med eller uden strømtilslutning. Denne test er udført som den første test. Hvis de resterende test bestås, kan det konkluderes at demo-bfh ikke har taget skade. 4. Hvis en person går forbi BFH, må denne ikke forårsage åbning eller lukning af skuffen. Da demo-bfh ikke aktiveredes idet personen gik forbi, betragtes testen som bestået. 7. Skal have en åbnings eller luknings-fejlrate på under 20%. Testen er udført af 2 personer fra gruppen. Skuffen køres ind og ud 20 gange, og resultatet for hver gang noteres. Under testen blev den ene hånd holdt på ryggen, så denne ikke kunne bruges til betjeningen af BFH. Begge testpersoner fik 5 fejl ud af de 20 forsøg, hvilket giver en fejlrate på 25%, altså 5% højere end den acceptable fejlrate. Testen må altså betragtes som værende dumpet. 13. Hvis den automatiske bevægelse blokeres, skal denne stoppe automatisk, således brugeren ikke kan komme til skade Testen er foretaget i to faser. 10 forsøg hvor en hånd har blokeret skuffen og 10 forsøg med et objekt. Der blev brugt en fuld plast-ketchupflaske som objekt. Både hånden og objektet kunne frigøres, uden der var forvoldt skade på skuffen, hånden eller objektet. Testen er derfor bestået. 18. Skal kunne accelerere en skuffe med mindst 3, 8m/s 2. Testproceduren til måling af dette er beskrevet i bilag 6. Testen viste en maksimal acceleration på 0,37 m/s 2 og testen er derfor ikke bestået. 19. Skal kunne åbne/lukke en skuffe med mindst 1m/s. Testproceduren til måling af dette er beskrevet i bilag 6. Testen viste en maksimal hastighed på 0,11 m/s og testen er derfor ikke bestået. Opsummering Som det kan ses i accepttesten, er der en del af de opstillede kriterier, som demo- BFH ikke lever op til. Det vurderes at demo-bfh ikke bestod alle accepttests, fordi delmodulerne ikke har levet fuldstændigt op til de opstillede krav. Det vil sige at afstandsmålingen ikke havde tilstrækkelig rækkevidde, samt at skuffen kørte for langsomt. Afstandsmålingen er ligeledes meget følsom for hvordan håndens vinkel er i forhold til mikrofonen. Disse faktorer bevirkede at brugeren nåede at flytte hånden udenfor rækkeviden, inden skuffen kunne nå at følge med. Det vurderes dog at demo-bfh stadig er relativt vellykket, da produktet fungerer i en sådan grad, at princippet bag BFH kan demonstreres. 66

75 Del III Projektvurdering Kapitel 15 Perspektivering Perspektiveringen vil opstille fremtidsperspektiverne for BFH. Det vil sige videreudviklingsmuligheder og forbedringspotentialer, samt alternative anvendelser Fra demoprodukt til færdigt produkt For at BFH kan anvendes i praksis, skal der foretages en række forbedringer på det. Det vurderes at princippet med anvendelse af ultralyd til afstandmåling samt tandstænger til fremdrift, er brugbare metoder til opbygning af et færdigt BFH. Bedre afstandsmåling For at kunne følge hånden, skal skuffen have bedre afstandsmåling, med bedre rækkevidde og mindre følsomhed overfor håndens vinkel. Dette kan opnås ved en kraftigere lydudsendelse eller bedre modtagelse. Der er således noget der tyder på, at det ville være en fordel med en mindre retningsbestemt mikrofon. Derudover vil en bedre modtagelse være vigtigt. Det sås at det reflekterede lydsignal falder hurtigt i styrke, når hånden flyttes længere væk. Derfor kunne det være hensigtsmæssigt med en variabel forstærkning af signalet, så det forstærkes mere, desto længere tid der går efter lydafsendelsen. Større motor For at BFH skal kunne fungere i praksis og for at undgå at det bliver en hindring for brugerne, er det nødvendigt at skuffen kan bevæge sig betydeligt hurtigere. For at opnå dette, skal der tages langt større højde for friktion og andet tab af energi i skuffen. Nedbremsning ved yderpositioner Hvis skuffen kan køre hurtigere, bliver det nødvendigt at nedbremse dens hastighed inden yderpositionerne nås. Dette blev ligeledes beskrevet som krav 21. Dette kan f.eks. opnås ved at placere sensorer, der detekterer hvornår skuffen er tæt på en yderposition og derefter udarbejde softwaren, således denne sørger for nedbremsningen. Anvendelse i skabe For at kunne anvende BFH i skabe, skal der anvendes en anden fremdriftsmetode end ved demo-bfh. Afstandsmålingen kan umiddelbart overføres til skabe. Der kan opstå problemer for afstandsmålingen, idet skabets låge flyttes i en bue og brugerens hånd derfor ikke altid er direkte foran afstandsmåleren. Dette problem kan f.eks. løses ved at bruge en mikrofon med en bred modtagevinkel. Der er således ikke store forskelle på BFH i en skuffe og BFH i et skab og den grundlæggende virkemåde vil være den samme Alternative anvendelsesmuligheder Andre placeringer på hospitaler Problemet med berøringssmitte er ikke isoleret til kun at gælde skuffer og skabe, på hospitalerne. Dette kan der læses mere om i afsnit Derfor tænkes 67

76 Kapitel 15. Perspektivering det at konceptet bag BFH vil kunne implementeres andre steder, som i døre, vandhaner, stikkontakter, toiletter og elevatorpaneler på hospitalerne. Dette tænkes at kunne reducere den indirekte berøringssmitte, der kan forekomme via disse objekter, kraftigt. Forskellen fra eksisterende berøringsfrie vandhaner o.lign. er, at princippet bag BFH kan bruges til at justere f.eks. temperaturen på vandet, ved at flytte hånden tættere på eller længere væk fra en sensor. Fødevareindustrien Det gælder i fødevareindustrien, lige som på hospitalerne, at hygiejnen skal være i orden. Derfor tænkes det at princippet bag BFH vil kunne bruges som et teknisk værktøj, til forbedring af hygiejnen i forbindelse med fødevarehåndtering. Luksuiøst interior Det tænkes at metoden bag BFH vil kunne bruges til at skabe luksusartikler til moderne hjem. Her tænkes det at BFH implementeres i berøringsfrie skabe, skuffer, vandhaner, stikkontakter, samt diverse elektroniske apparater. Det kan diskuteres i hvor høj grad berøringsfrit interior vil gavne, da der som sådan ikke er noget reelt problem at løse. Dog vurderes der stadig en mulighed for et marked herfor. Handicap hjælp Handicappede har i visse situationer svært ved håndtere bestemte forhindringer. Det kunne tænkes at det er forholdsvis besværligt at åbne en dør, eller et vindue, hvis man sidder i kørestol. Derfor tænkes det at BFH vil kunne bruges til at lette disse arbejdsopgaver. Kunne et vindue eksempelvis åbnes eller lukkes på en halv til en hel meters afstand, ved blot at bevæge hånden imod vinduet, tænkes dette at være et bekvemt hjælpemiddel for bl.a. kørestolsbrugere. 68

77 Kapitel 16. Konklusion Kapitel 16 Konklusion Projektet undersøger forskellige aspekter angående patienter der pådrager sig sygehusinfektioner under ophold på danske sygehuse. Det har vist sig at dette er et reelt problem idet det på årsbasis er medvirkende til ca dødsfald blandt patienter. Infektionerne har ligeledes store økonomiske omkostninger for samfundet og sammenfattet er der altså et incitament for at gøre noget ved problemet. Sygehuse med meget fokus på hygiejnen, har lavere infektionsrater end andre sygehuse og dette viser at der er potentiale for at nedbringe antallet af infektioner. Den primære årsag til sygehusinfektionerne er indirekte berøringssmitte gennem bl.a. håndgreb. Hvis det er muligt at undgå berøring af håndgreb, kan denne smittevej derfor begrænses. Hele problemstillingen er meget omfattende og der findes derfor ikke nogen enestående løsning. Et berøringsfrit håndtag vil således kunne hjælpe på problemet, men det skal indgå som en del af en større indsats for bedre hygiejne. Det er fundet at BFH særligt vil kunne hjælpe på hospitalernes intensivafdelinger, da infektionsraten her er næsten 50 %, samt i skyllerum hvor sterilt udstyr rengøres og opbevares. For at BFH vil være brugbart, er det essentielt at det ikke er til hinder for sygehuspersonalets arbejdsgange. Dette sætter krav til at BFH skal være pålidelig og hurtigt at anvende. For at vise et princip for hvordan et sådant BFH kan opbygges, er der blevet udarbejdet et demoprodukt i form af en skuffe der kan betjenes berøringsfrit. Den tekniske løsning består af to moduler til hhv. afstandsmåling og skuffestyring. Afstandsmålingen fungerer ved kortvarigt at sende ultralyd og herefter måle tiden der går, inden lydreflektionen fra hånden når tilbage til skuffen. Dette princip har vist sig at kunne fungere i praksis. Skuffestyringen bruger en DC-motor til at køre skuffen ud og ind. Ved at måle motorens strømforbrug, kan det detekteres hvis skuffens bevægelse blokeres. Skuffens hastighed afgøres af hvor langt hånden er fra skuffen og bevægelsen stoppes idet skuffen blokeres. Det opbyggede demoprodukt har vist sig at fungere delvist. Den opfylder ikke alle opstillede krav. De problemstillinger der gør, at visse krav ikke kan opfyldes, kan alle løses ved yderligere udviklingsarbejde. Derfor viser demoproduktet, at de ved konstruktionen anvendte principper, er anvendelige ved opbygningen af et færdigt BFH. Da det ligeledes er blevet vist at produktet vil kunne medvirke til nedbringelse af infektionsproblemer på sygehusene, kan det konkluderes at der er et potentiale for det berøringsfrie håndtag på sygehuse. 69

78

79 Referencer [1] Jakob Krogh. Tarmbakterier i halsen. dr.dk, Downloaded URL: [2] Tommy Kaas og Lars Aarup. Sygehusinfektioner dræber 3265 patienter om året. Samvirke.dk, Downloaded URL: 86BER%203265%20patienter%20om%20%C3%A5ret.aspx. [3] Niels Høiby professor dr.med. og Henrik Herløv-Nielsen stud.med. Sygehusinfektioner. Netdoktor.dk, Downloaded URL: [4] Statens Serum Institut. Landsprævalensundersøgelse 2008, Downloaded URL: [5] Berlingske. Patienter smittes på sygehuset. berlingske.dk, Downloaded URL: [6] Interview foretaget den 3. marts 2009, af jan koldbro og annette blok, hygeiejnesygeplejersker ved infektionsmedicinsk afdeling, region nordjylland, Se bilag 1. [7] Statens Serum Institut. Hvad koster sygehysinfektioner? CAS Nyt Nr. 85, april 2000, Downloaded URL: [8] K. B. Poulsen, A. Bremmelgaard, A. I. Sørensen, D. Raahave og J. V. Petersen. Estimated costs of postoperative wound infections. a case control study of marginal hospital and social security costs. Epidemiology and Infection, Vol. 113, Nr. 2, side , [9] Annie Hagel. Smitte på hospitalerne. helse.dk, Downloaded URL: [10] Bente Klarlund Pedersen. Immunforsvar. dr.dk, Downloaded URL: [11] Carsten Gregersen. Hospitaler er bakteriebomber. berlingske.dk, Downloaded URL: [12] DR Penge. Det vrimler med bakterier på sygehuse. dr.dk, Downloaded URL: [13] Storstrøms amt. Isolation og forholdsregler på sygehusene, Downloaded URL: [14] FOA. Håndhygiejne, Downloaded URL: 71

80 Referencer [15] Kolmos HJ Christensen CE Jørgensen JS. Hvem skal gøre rent? Ugeskriftet.dk, Downloaded URL: LAEGER/TIDLIGERE_NUMRE/2008/UFL_EKCMA_2008_44/UFL_EKCMA_2008_44_ [16] Sydvestjysk sygehus. Kun få sygehusinfektioner Downloaded URL: [17] Statens Seruminstitut. Stærk stigning i forbrug af antibiotika på sygehuse, Downloaded URL: [18] DGM. Dansk godkendelse af medicinsk udstyr., Downloaded URL: [19] DGM. Regler - medicinsk udstyr., Downloaded URL: [20] DGM. Veje til ce-mærket., Downloaded URL: [21] DS Certificering A/S. Dansk godkendelse af medicinsk udstyr., Downloaded URL: [22] DGM. Klasse Is udstyr., Downloaded URL: [23] Delta. Dansk godkendelse af medicinsk udstyr., Downloaded URL: 62cb11f3d787e18ec12572a50075ab60?OpenDocument. [24] IT og Telestyrelsen. Emc for elektriske og elektroniske apparater, Downloaded URL: emc-for-elektriske-og-elektroniske-apparater/. [25] IT og Telestyrelsen. Dokumentation, Downloaded URL: emc-regulering/dokumentation/. [26] IT og Telestyrelsen. Harmoniserede standarder, Downloaded URL: emc-regulering/harmoniserede-standarder/. [27] IT og Telestyrelsen. Emc og r&tte loven, Downloaded URL: emc-regulering/emc-regulering/. [28] IT og Telestyrelsen. Titler og referencer for harmoniserede standarder, som skal offentliggøres i henhold til direktivet, Downloaded URL: da pdf. [29] Jakob Martini. Danmark er verdens syvende største kulsvin Downloaded URL: highlight=energiplan. 72

81 Referencer [30] Eco-design guidelines: Materials, Downloaded URL: materials1.html. [31] Eco-design guidelines: Use phase, Downloaded URL: use1.html. [32] Atmega16 datasheet. Downloaded URL: [33] AAU. Fakta om lyd. Downloaded URL: [34] Murata Manufacturing Co. Datablad ma40s5 ultralydstransducer. Downloaded URL: ultrasonic_sensors.pdf. [35] Texas Instruments. Operationsforstærker tle207x datablad. Downloaded URL: [36] MCC. Bc546, bc547 og bc548 datablad. Downloaded URL: [37] circuit electronics.awardspace.com. transistorforstærker. Downloaded URL: picultrasonic.htm. [38] national. Lm319n komparator datablad. Downloaded URL: [39] Aktuator. Downloaded URL: [40] wisegeek. What are the different types of electric motors. Downloaded URL: htm. [41] Machine Tool Help.com. Advantages & disadvantages of stepper motors & dc servo motors. Downloaded URL: html. [42] ukendt. Fysikkens mekanik formelsamling, Downloaded URL: [43] Phillipe Hurbain. 9v lego technic motor compared Downloaded URL: [44] micromouseinfo.com. Downloaded URL: gif. [45] FAIRCHILD SEMICONDUCTOR. npn epitaxial silicon transistor, Downloaded URL: Transistor/BD437.pdf. 73

82 Referencer [46] FAIRCHILD SEMICONDUCTOR. medium power linear and switching applications, Downloaded URL: Transistor/BD438.pdf. [47] NATIONAL SEMICONDUCTER. lm741 operational amplifier, Downloaded URL: [48] NATIONAL SEMICONDUCTER. lm319 high speed dual comparator, Downloaded URL: LM319.pdf. [49] patientklagenævnet. vejledning om klagemuligheder, Downloaded URL: [50] patientkontorett. patientrettigheder, Downloaded URL: [51] ISS. Mange års erfaring inden for hospitalsvæsenet, Downloaded URL: rengoring/hospitalsservice/pages/hospitalsservice.aspx. [52] Statens Seruminstitut. Forside til statens seruminstitut, Downloaded URL: [53] Statens Seruminstitut. Statens seruminstituts fokusområder på vaccineudvikling., Downloaded URL: [54] Statens Seruminstitut. Statens seruminstituts forskningsstrategi., Downloaded URL: [55] Flemming Andersen. Virus og bakterier. netdoktor.dk, Downloaded URL: [56] vitaviva.com. Svampeinfektioner. vitaviva.com, Downloaded URL: da&articleid=404&. [57] Teknologirådet. Forekomst og opstand af resistente og multiresistente bakterier. Downloaded URL: dk. [58] Troels Bové. Antibiotika - hvad bruges det til? netdoktor.dk, Downloaded URL: [59] Electronics-Tutorials. Bipolar transistor. Downloaded URL: 74

83 Appendiks Appendiks A Ord Ordliste Betydning BFH Burst Demo-BFH Multiresistente bakterier AMV OPAMP BPF PWM Dutycycle Clipping Det Berøringsfrie Håndtag Kortvarigt signal Demonstrationsproduktet der udarbejdes i forbindelse med projektet Bakteriestammer som er immune over for flere forskellige antibiotika Astabil Multivibrator Operationsforstærker Båndpasfilter Pulsbreddemodulation Oppetiden for et PWM-signal Et signals toppe klippes af Appendiks B Interessentanalyse Dette afsnit har til opgave at klargøre og behandle de interessenter der kan være i forbindelse med BFH. Der vil blive uddybet både hvilke interesser disse direkte har i BFH, samt i hvilken grad de har indflydelse og medvirken på BFH. Ligeledes vil der blive uddybet, hvilken indflydelse på og medvirken til disse har ved udviklingen og indførelsen af BFH. Dette er udarbejdet således, at fundne interessenter bliver analyseret i tre dele hver: Indflydelse og medvirken Interesse og indragelse i projektet Bruges som primære eller sekundære kilder. Disse er til sidst plottet i en graf, med medvirken og indflydelse hen ad x-aksen, og interesse op ad y-aksen. Dermed kan der dannes et overblik over interessenterne, med tilhørende vurderinger og konklusioner. Med indflydelse, menes der i hvor høj grad interessenten bestemmer over udviklingen og opbygningen, herunder funktionallitet og udforming af BFH. Dette kan eksempelvis være i forhold til implementeringen af BFH, eller i form af lovgivning. Ved medvirken, forstås der deltagelse i udviklingen og indførelsen af BFH. Det er muligt at bruge interessenterne enten som primære eller sekundære kilder. Primære kilder er ved direkte kontakt til den relevante interessent i form af f.eks. interview. Sekundære kilder er kilder som giver indblik i problemstillingen, og som er fundet i form af artikler eller datablade. Der er således ikke taget direkte kontakt til interessenten. I forbindelse med BFH er der fundet følgende interessenter: (a) Patienterne (b) Patientklagenævnet 75

84 Appendiks B. Interessentanalyse (c) Rengøringselskaber (d) Læger / Sygeplejersker (e) Staten / Sundhedsministeriet (f) Producenter af medicinsk udstyr (g) Statens Seruminstitut Patienter Patienterne er indlagte, eller under behandling hos sygehusvæsnet. Disse har stor interesse i BFH, under den forudsætning at det kan gøre hygiejnen på sygehusene bedre. Patienterne har risiko for infektion, og kan derfor blive sygere og få deres hospitalsophold forlænget, hvis de skulle pådrage sig en infektion. I værste fald kan de få varige men eller dø. Patienterne har derfor en interesse i at blive hurtigt raske, og undgå infektioner. De har indflydelse, forstået på den måde at de kan påvirke området ved hjælp af deres stemmeret som danske statsborgere. Derved kan de stemme på de politikere, hvis indsatsområde inkluderer forbedring af sygehusvæsnet. Ved at kontakte patienterne, kan der opnås større indblik i deres holdninger på hygiejneområdet. Der skal dog tages forbehold for objektiviteten hos patienternes udmeldinger, da deres svar med stor sandsynlighed, vil være farvet af deres personlige følelser og oplevelser. Det skal ligeledes pointeres at patienternes viden på området må tænkes at være begrænset, da de ikke har et overblik over hospitalets virkemåde, i modsætning til hospitalets eget personale. Det er besluttet at patienterne bruges som sekundære kilder. Patientklagenævnet. Patientklagenævnet behandler klagesager for patienter. Patienter der er utilfredse med serviceforholdene, herunder lokale- madforholdene eller rengøringen, kan klage hertil gennem de enkelte patientkontorer som er tilknyttet regionerne.[49]. En af patientkontorets opgaver er at varetage patienttilfredsheden mht. den behandling patienten har modtaget fra hospitalets personale[50]. Patientkontoret er derfor interesseret i BFH, hvis det kan afhjælpe utilfredshed hos patienterne, og derved nedsætte sager omhandlende hygiejne- og infektionsproblemer. Det kan tænkes at patientkontoret ligeledes ønsker at nedsætte den generelle travlhed. Patientkontoret har medvirken på BFH, idet de kan presse politikerne, hvis der opstår for mange klager omhandlende dårlig hygiejne. Patientkontoret kan kontaktes for at få diverse informationer. Eksempelvis hvor mange klagesager der omhandler hygiejne og sygehusinfektioner. Ligeledes kunne de besvare, i hvor mange af disse tilfælde, der blev dokumenteret at hospitalshygiejnen var det reelle problem. Patientkontoret er valgt som sekundær kilde. Rengøringsselskaber En del af rengøringen på de danske sygehuse, foretages af private rengøringsfirmaer såsom ISS [51]. Rengøringsselskaberne tænkes ikke at have nogen direkte interesse i BFH, idet deres interesse overvejende er økonomisk. BFH regnes ikke at ændre rengøringspersonalets arbejde i hvreken positiv eller negativ grad. Disse har dog en hvis indflydelse, da de kan stille krav til BFH, da det tænkes at BFH s overflader skal rengøre ligesåvel som andre overflader. Da utilstrækkelig rengøring måske er en af kilderne til hospitalsinfektioner, kan det være relevant at kontakte rengøringspersonalet på et hospital. Disse kan bidrage med information vedrørende regler for hospitalsrengøring, procedurer, ansættelseskrav samt rengøringsundervisning. Disse er valgt som primære kilder. Læger / Sygeplejersker Disse arbejder på sygehusene, og de er interesserede i et rent og sundt arbejdsmiljø. Psykisk, fordi de nemt kan blive påvirkede ved at arbejde i beskidte omgivelser på daglig basis. Fysisk, da det udsætter dem for en potentiel smittefare, som kan medføre flere sygedage eller alvorlige sygdomme. De er ligeledes interesserede i at udføre deres job bedst muligt, 76

85 Appendiks B. Interessentanalyse og dette gøres bedst hvis de patienter de behandler, ikke får infektioner der forlænger deres ophold yderligere. Det kunne tænkes at nemmere betjening af skuffer og skabe ville falde indenfor deres interesseområde, og dette ville BFH måske kunne løse. Læger og sygeplejesker har indflydelse og medvirken, da de skal godkende og ønske BFH indført. Det er desuden nødvendigt at høre deres mening og krav til BFH, da det er disse som skal betjene det i hverdagen. Sygeplejesker og læger kan ligeledes klage over utilstrækkelig rengøring eller hygejne til sygehusets ledelse, og disse kan så evt. føre til behandling af problemet, hvor BFH tænkes som en af disse behandlinger. Ved kontakt til læger eller sygeplejesker, kan det klargøres om disse kan se et problem på hygiejneområdet. I øvrigt er det vigtigt at høre, hvilke krav disse stiller til BFH, da det er disse der skal betjene det. Læger og sygeplejesker er spredt over hele hospitalet, og burde derfor have en god indsigt i hygiejneproblemerne. Derfor må disse anses som værende yderst relevante at kontakte. Grundet dette bruges disse som primære kilder ved at udføre interview. Til indsamling af oplysninger i forbindelse med Læger og sygeplejesker bruges der også sekundære kilder, såsom artikler. Staten / Sundhedsministeriet Disse står for lovgivningen og vedtagelser på bl.a. sygehusområdet, herunder hygiejnen. Staten / Sundhedsministeriet betragtes ikke som en aktiv interessent, da lovgivningen på området ikke vil have stor indflydelse på BFH. Sundhedsministeriets funktion er at forbedre den generelle sundhed mest muligt, derfor vil denne have interesse i BFH, hvis denne kan forbedre sundheden, eller sænke de udgifter sygehusinfektionerne medfører. Derudover har staten / sundhedsministeriet stor indflydelse og medvirken, da de med al sandsynligt skal finansiere indførelsen, og vedligeholdelse af BFH. Derfor vil disse sætte krav til produktionsog implementeringsomkostningerne ved BFH. Disse har desuden indflydelse i form af lovgivning der påvirker BFH. Det kan være relevant at kontakte Staten / sundhedsministeriet for information vedrørende den indsats, de har på hygiejneområdet. Dels i forbindelse med den økonimiske indsats, og dels hvilke planer de har for at forbedre og optimere situationen. Ligeledes kan de oplyse relevante statistikker. Staten / sundhedsministeriet bruges som sekundære kilder. Producenter af medicinsk udstyr Disse producerer diverse medicinsk udstyr til sygehuse. Det kan derfor tænkes at de skal producere det møblement, hvori BFH skal monteres. Producenterne af medicinsk udstyr kan have økonomisk interesse, ved at BFH monteres i deres produkter. Det forestilles ikke at disse har yderligere interesse. Hvis det er disse som skal foretage produktionen af møbler med indbygget BFH har disse en hvis medvirken, da de kan forestilles at stille krav til produktionen. Ligeledes vil de have indflydelse, da de tænkes at stille krav til produktionsomkostninger, herunder at der i det hele taget er et markede for møbler med BFH. Disse kan evt. kontaktes for information vedrørende prisvurdering, eller for at høre om de mener, der er et marked for udstyr med bedre hygiejneforhold. Producenterne af medicinsk udstyr bliver muligvis brugt som sekundær kilde, hvis der bliver behov for mere information. Statens Seruminstitut (SSI) SSI er et center som står for bekæmpelse og forebyggelse af smitsomme sygdomme [52], samt udvikling af serum og vacciner [53]. Disse har for tiden særlig fokus på bla. hospitalsinfektioner. Ligeledes interesserer de sig for bakteriers og virus resistens over for antibiotika og antivirale stoffer.[54] SSI har interesse i at patienter på hospitaler ikke smittes, eller smitter andre grundet dårlig hygiejne. Hvis patienterne behandles med antibiotikum mod disse hospitalsinfektioner, kan det resultere i at der dannes multiresistente bakterier (se appendiks C), som kan besværliggøre udviklingen af serum og vaccinationer. Disse har ikke stor medvirken og indflydelse på BFH. Dog har de mulighed for at påvirke politikerne, til at sætte flere ressourcer af på hygiejneområdet hos hospitaler. SSI kan kontaktes for en vurdering af, i hvor høj grad multiressistente bakterier skyldes dårlig hygiejne på hospitalerne, i forbindelse med ekstra antibiotika grundet hospitalsinfektioner. Desuden 77

86 Appendiks B. Interessentanalyse har de muligvis ideer til forbedringer, eller de kan vurdere BFH s potentiale i forbindelse med ovennævnte problemstilling. Disse bruges som sekundære kilder. Opsummering De fundne interesenter er plottet i en graf for at skabe overblik, som beskrevet i starten af afsnittet. Denne ses på figur B.1. I den forbindelse, er det vigtigt at pointere at interessenternes placering i grafen er meget afhængig af måden hvorpå de kontaktes, og i hvilken grad der laves informationssøgning ved de enkelte. Da det er valgt at interviewe læger eller sygeplejesker, vil disse få en noget højere indflydelse og medvirken i udviklingen af BFH, da disse kan udtale sig meget specifikt og direkte omkring dette, og derved også stille krav til BFH, som derved vil være med i overvejelserne under design- og kontruktionsfasen. Andre interessenter hvor der bruges sekundære kilder vil derfor ikke have samme mulighed for at kommentere direkte til BFH, og deres medvirken og indflydelse vil derfor være påvirket at det faktum. Navnet på interessenten er placeret på figuren hvor denne tænkes inden der er lavet informationssøgning eler taget kontakt. Pilene angiver hvorledes interessenternes indflydelse og medvirken ændres på bagrund af om disse er brugt som sekundære og primære kilder, og i hvor stor grad. Jo større pile jo mere ændring. Interesse Patienter Producenter af medicinsk udstyr Statens seruminstitut Patientklagenævnet Læger / sygeplejesker Staten / Sundhedsministeriet Medvirken/Indflydelse Rengøringsselskaberne Figur B.1: Interessenternes Medvirken og Indflydelse i forhold til Interesse i BFH. (a) Patienterne: Deres indflydelse/medvirken har ikke ændret sig, da de ikke er brugt i anderledes grad end først valgt. (b) Patientklagenævnet: Idet meget information har været let-tilgængeligt fra diverse andre kilder, har det ikke været nødvendigt at få informationen fra disse. (c) Rengøringselskaber: Det er valgt ikke at kontakte rengøringsselskaberne, da sekundære kilder har været tilstrækkeligt. Desuden er en del af informationen også kommet i form af interviewet med hygiejnesygeplejeskerne. (d) Læger / Sygeplejersker: Der tages direkte kontakt til disse, og derfor har disse haft stor indflydelse/medvirken på problemanalysen. (e) Staten / Sundhedsministeriet: Idet disse ikke er benyttet i nogen betydelig anderledes grad end først valgt, har deres medvirken og indflydelse ikke ændret sig. (f) Producenter af medicinsk udstyr: Der er ikke lavet informationssøgning i forbindelse med producenter af medicinsk udstyr og derfor er disses indflydelse og medvirken faldende. (g) Statens Seruminstitut: Disse er i meget væsentlig grad benyttet som kilder i forhold til først valgt, og derfor er deres medvirken/indflydelse steget. 78

87 Appendiks C. Bakterie-, svampe- og virusinfektioner Appendiks C Bakterie-, svampe- og virusinfektioner I følgende afsnit bliver mikroorganismerne: bakterier, svampe og vira, gennemgået. Det beskrives, hvordan de biologisk er opbygget, hvordan de smitter og hvad smitten kan medføre samt hvordan man kan behandle eventuelle infektioner af den pågældende mikroorganisme. C.1 Generelt Bakterier, svampe og vira er 3 forksellige biologiske størrelser, der alle indgår under betegnelsen mikroorganismer. Bakterier og svampe er begge celler, men to forskellige slags. Bakteriecellen tilhører den prokaryote celle, der er en en-cellet organisme uden kerne. Det vil sige, at dens DNA ligger frit i cellen sammen med de øvrige organeller. Svampecellen tilhører de eukaryote celler, der udover at indholde flere organeller har en kerne der, indeholder DNA. Virus derimod, er en sværere definerbar størrelse, da denne kun er DNA indkapslet i en skal af protein omgivet af små "fangarme"/fimrehår, der gør det lettere at sætte sig på en celle.[55] C.2 Bakterier Bakterieceller findes overalt og også i kroppen. Det er dog langtfra dem alle der er farlige og sygdomsfremkaldende for den menneskelige organisme, hvis blot de forbliver i den "afdeling"hvor de er ment til at skulle være. Eksempeltvis er tarmbakterier ikke særligt velkomne andre steder end i tarmene, og kan blandt andet forårsage blærebetændelse. Normalt er kroppen vha. immunforsvaret selv i stand til at registrere hvis bakterier i mindre grad er på afveje og efterfølgende nedbryde dem. Så bakterierne får altså ikke lov at formere sig og oftest bemærkes tilstedeværelsen ikke. Men hvis immunforsvaret er svækket f.eks. i forbindelse med sygdom, kan de bakterier der ellers hurtigt ville blive opdaget og nedbrudt, få lov at formere sig og på den måde skabe grobund for en infektion. En anden mulighed for bakterieinfektion er i forbindelse med drop, eller anden form for kateter. For at vende tilbage til blærebetændelse, risikerer man netop dette ved brug af blærekateter, da uvedkommende bakterier her har direkte adgang til blæren.[55] Behandling Bakterieinfektioner kan bekæmpes med forskellige antibiotika. Dette skyldes, at bakteriecellen har sit eget "fordøjelsessystem", hvilket gør, at man kan fodre bakterierne med et stof, de ikke kan tåle, og på denne måde nedkæmpe dem. Problemet er, at det ikke er alle bakterierne, der dør af giften. Bakterier der er luftbårne bliver ikke udsat for så stor en dose af giften, som de bakterier der befinder sig i det inficerede område og disse dør derfor ikke nødvendigvis. Bliver disse bakterier udsat for en mindre dose af antibiotikummet over en tid, ricikeres en opstand af resistans/immunitet hos bakterien overfor giften, og fremtidigt vil kopier af denne bakterie ikke kunne nedkæmpes med det ellers før effektive antibiotikum. C.3 Svampe Svampe findes i forvejen på og i den menneskelige organisme og lever normalt i harmoni med blandt andet huden. Problemet opstår igen, som hos bakterieinfektioner, ved at immunforsvaret i en eller forbindelse er svækket. Hvis kroppen ikke er i stand til at opretholde balance i bestanden af svamp, ricikeres overproduktion af svampeceller. Dette kan eksempelvis forekomme i forbindelse med svamp fra en anden person, luftbåret overført med hudskæl, eller med direkte kontakt til en anden person, der i forvejen har problemer med svampeinfektion. Normalt er svamp ikke et stort problem, da infektionerne i langt de fleste tilfælde består af skimmelsvamp på huden. Men i sjældne tilfælde er der tale om svamp, der angriber lungerne og fylder dem med svamp, hvilket i værste tilfælde kan medføre døden.[56] 79

88 Appendiks C. Bakterie-, svampe- og virusinfektioner Behandling Svampeinfektioner på huden kan lokalbehandles med forskellige neutraliserende cremer, der alt efter hvilken svamp der er tale om, forværrer miljøet for svampen og dermed nedsætter dens mulighed for formering Til behandling af svampeinfektioner i lungerne bruges et kraftigt svampemiddel kaldet "antimykotika". Stoffet indføres i små mængder direkte i blodet i flere uger. Brug af stoffet kan dog medføre bivirkninger.[56] C.4 Virus Virus er som sagt en svært definerbar størrelse, bestående af en DNA- eller RNA-streng indkapslet i protein. Viruset kan betragtes som en parasit og er alene ude af stand til at formere sig. Virus hægter sig fast til en værtcelle og trænger gennem cellevæggen. Inde i cellen, frigøres det indkapslede DNA eller RNA. I tilfælde af RNA, medbringer virus et enzym, der starter en omskrivning fra RNA til DNA. Strengen optages i cellens kerne og produktion af nye virus kan nu igangsættes. Samtidig igangsætter cellen selv produktion af antigener for virus. I mange tilfælde sættes cellens primære funktion ud af drift, og cellen betragtes som ubrugelig. Ved infektion af de fleste vira, sætter et antigen sig uden på cellens væg og immunforsvarets dræberceller kan dermed genkende virus og nedkæmpe de inficerede celler.[55] Figur C.1: Opbygning af virus. Figur C.2: Virusinfektion i en celle. Behandling Behandling af virus kan i nogle tilfælde foretages med penicillin, men i langt de fleste tilfælde er det svært at bestemme virusens type og art og dermed finde den rigtige modgift, da der findes uendeligt mange forskellige former og afarter af de enkelte vira. Dette skyldes konstant mutation af det oprindelige virus, både ved overførsel fra person til person, men også i den enkelte menneskelige organisme. Derfor er behandlingen ofte at slappe af, og lade immunforsvaret gøre dets arbejde.[55] C.5 Multiresistens Bakterier kan via mutationer i deres arvemateriale skabe resistens over for et givent antibiotikum.[57] Under normale omstændigheder, sker disse mutationer yderst sjældent, men når man stresser bakterierne ved for eksempel at give dem antibiotika, forekommer mutationerne oftere. Dette resulterer i større mængder af den nye resistente art og dermed bedre overlevelseschance for denne. Den multiresistente bakterie defineres derfor selvsagt ved at være resistent over for flere forskellige antibiotika, og er dermed meget svær at bekæmpe. Selvom et bestemt antibiotikum skulle være effektivt mod den pågældende bakterietype, risikeres det at den muterer og også danner resistens over for dette og dermed bliver endnu sværere at gøre noget ved. Det kan være meget farligt at blive smittet med multiresistente bakterier, idet den normale behandling med antibiotika ikke vil virke. Man har i disse tilfælde ikke ret mange andre behandlingsmuligheder.[58] 80

89 Appendiks D. Transistorteori Appendiks D Transistorteori I det følgende afsnit er det beskrevet overordnet, hvordan de to transistortyper NPN og PNP fungerer. Formålet er at klargøre funktionen af transistoren, som en kontakt. De to fundamentale transistortyper er NPN- og PNP-transistoren. Disse har 3 ben henholdsvis Emitter (E), Base (B) og Collector (C). Se figur D.1 og D.2. En transistor fungerer overordnet set, som en strømregulator der kan kontrolleres, ved at variere strømmen på basebenet. Størrelsen af denne afgør hvor meget strøm der får lov at løbe fra collector til emitter. Det gælder at den strøm som løber ud af emitter I E er summen af strømmen på collector, I C, og strømmen på basen, I B. I E = I C + I B Princippet for NPN- og PNP-transistoren er den samme. Forskellen ligger ved strømmen på basen, samt polariteten for strømforsyningen, dvs. om spændingen på collector er større end emitter eller omvendt.[59] Figur D.1: NPN-transistor. Figur D.2: PNP-transistor. D.1 NPN-transistor NPN-transistoren ses på figur D.1, og fungerer på den måde, at når der løber en strøm ind i basebenet ved en positiv spænding, åbnes gennestrømningen fra collector til emitter. Strømretningen er angivet med pile på figuren. Det gælder for NPN-transistorer, at for at der kan løbe en strøm fra collector til emitter, skal spændingen på collector, V C, være større end spændingen på emitter, V E. Der er desuden et spændingsfald mellem base og emitter på omkring 0,7 V (ved silicon devices). Der gælder at spændingsforskellen mellem base og emitter V BE skal være større end disse 0,7 V for at transistoren kan kontrolleres af strømmen I B.[59] D.2 PNP-transistor PNP-transistoren ses på figur D.2. Denne fungerer modsat NPN-transistoren, ved at der skal løbe en strøm ud af basebenet, ved en negativ spænding, for at åbne gennemstrømningen fra collector til emitter. Strømretningen er angivet med pile på figuren. For at der kan løbe en strøm fra collector til emitter, skal spændingen på collector, V C, være mindre end spændingen på emitter, V E, modsat NPN-transistoren. Spændingsforskellen mellem base og emittor, V BE, skal ligeledes for PNP-transistoren være større end 0,7 V (ved silicon devices), for at transistoren kan kontrolleres af strømmen I B.[59] 81

90 Bilag Bilag 1 Interview af hygeiejnesygeplejersker Jan Koldbro og Annette Blok Her følger et interview foretaget af projektgruppen. Jan Koldbro og Annette Blok blev interviewet. De er begge ansat som hygeiejnesygeplejesker ved Region Nordjylland. Interviewet blev foretaget den tirsdag den 3. marts Da de 2 interviewede leverede brede og uddybende svar, fulgte det egentlige interview ikke helt det oprindelige spørgeskema. Da svarene som før nævnt er brede, og til tider afviger fra det egentlige spørgsmål, refereres interviewet ikke helt ordret. Her følger et kort sammendrag af de benyttede dele af interviewet. En mere omfattende renskrivning og lydoptagelse af interviwet kan findes på vedlagte cd-rom. Ydermere, føjes de underspørgsmål, der under interviewet forekom, til det egentlige spørgsmål. Interviewet starter med en kort præsentation af, hvad hygiejnesygeplejersker laver, hvilke hospitaler der hører under Region Nordjylland, samt en kort opridsning af dagens program (Interview og rundvisning). (1) Hvad er din stilling helt præcist på hospitalet? [...]Vi laver også prævalens undersøgelser af sygehusinfektioner, hvor vi kigger på hvor mange patienter der har en sygehusinfektion, altså en infektion, de ikke havde, da de blev indlagt på sygehuset. Her i region Nordjylland, er det ca. 6,5% der får en infektion under en indlæggelse. På landsbasis er det omkring 8,7% ifølge seneste tal. Altså regnes det med at ca. hver 10 ende patient får en sygehusinfektion. Infektionerne koster ifølge gamle tal, omkring 1,2 milliarder kr. om året, og faktisk er der flere der dør af en sygehusinfektion, end folk der dør i trafikken. I Danmark findes der ikke egentlige tal for, hvor mange der dør af en sygehusinfektion, men det anslås at det er omkring 3000.[...] (2) Hvordan spredes infektionerne, herunder smitteveje? Der er flere forskellige måder mikroorganismer kan smitte på, og det er altid mikroorganismer der er tale om, i form af bakterier, virus, svampe eller sporer, og det er dem vi har med at gøre, og underviser i. De kan smitte på forskellige måder, alt afhængigt af hvilken type der er tale om. Der findes kontakt-smitte, der opdeles i direkte kontakt, hvor det er i forbindelse med direkte berøring mellem læge og patient, og den indirekte, hvor det er smitte via. en inficeret genstand. Det kan være et dørhåndtag, hvor der sidder nogle mikroorganismer på, der så den vej bliver bragt videre. Dette er jo ikke ensbetydende med, at man bliver syg af at røre det inficerede håndtag. Der skal også spille nogle andre faktorer ind. Mirkoorganismerne skal have adgang til den menneskelige organisme enten gennem munden, luftvejene eller gennem et åbent sår eller anden form for åbning, f.eks i forbindelse med et kateter. Vi mener at det er en god idé at have så mange hjælpemidler som muligt, der kan lette hverdagen, og infektionshygiejnisk at være med til at gøre det bedre for patienterne at være indlagt. Det kan for eksempel være et berøringsfrit greb. Men overførslen sker jo i langt størstedelen af tilfældene via. hænderne.[...] 82

91 Bilag 1. Interview af hygeiejnesygeplejersker Jan Koldbro og Annette Blok [...]Så er der også noget vi kalder dråbesmitte. Den er luftbåren og ses oftest i forbindelse med et nys. Men dråberne er så tunge at de falder efter omkring en meter, så man skal altså være bærer af en smitsom sygdom, og nyse folk praktisk talt lige op i hovedet, hvis der skal være risiko for at blive syg. En anden form er dråbekerne smitte. den er også luftbåren. Det er de indtørede rester fra det førnævnte nys, der kan indeholde virus, hvis personen der nyser er bærer af denne virus. Disse indtørede rester, er så små, at de kan holde sig svævende i flere timer, hvilket medfører nogle nødvendige foranstaltninger for patienter der er bærere af sygdomme der kan smitte på denne måde. sygdomme der smitter på denne måde, er sygdomme som sars og fugleinfluenza, der betragtes som farlige, og derfor isoleres sådanne patienter i specielle stuer. Så er der den støvbårne smitte, der består i mikroorganismer, der sætter sig på støvpartikler og hudpartikler, der så bærer dem videre. Disse organismer kan overleve i lang tid i et lokale, hvis ikke rengøringen er iorden. Igen, skal man være svækket, eller have en "indgangsport"for at blive smittet på denne måde. Blodbåren smitte foregår via. direkte kontakt mellem 2 åbne sår mellem patient og sygehuspersonale. Det er oftest personale der her er tale om. Infektionen kan ske under en operation, ved at sygeplejersken der skal bedøve patienten, kommer til at stikke sig på nålen, eller ved at kirurgen skærer sig på skalpellen. Sygdomme der smitter på denne måde, er for eksempel HIV-virus og smitsom leverbetændelse. Det er meget sjældent at folk bliver smittet på denne måde, og der er vist kun et enkelt sundhedspersonale i Danmark, der er blevet smittet via. blodbåren smitte.[...] [...]Til sidst er der fødemiddelbåren smitte, der simpelthen smitter de indlagte, gennem den mad de indtager under opholdet på sygehuset. (Hindbær epedimien nævnes bliver smittet af udenlandske hindbær, skyllet i noget lignende kloakvand). Der vil altså altid være mikroorganismer, og smitteveje, så samlet set, er det vi gør, altså at prøve på at afbryde smittevejene, primært ved forøget håndhygiejne.[...] (3) Hvilken af dem anser i så, som den hyppigste? Det er den direkte og indirekte kontakt smitte. Hænderne er simpelthen den store synder. Den største enkeltstående faktor, der kan hjælpe til at afbryde smittevejene, er altså at udføre håndhygiejne. De luftbårne infektioner, anses dog som de farligste, og derfor har vi 2 specialbyggede stuer med undertryk i, så luften fra stuen ikke kommer ud på gangen. for en ekstra sikring, er der en mellemgang mellem gangen og stuen med et lavere lufttryk end det på gangen, men højere end det i stuen. på den måde, suges luften fra gangen altså først ind i mellemgangen, trykket i mellemgangen genoprettes, og efterfølgende kan man åbne døren videre ind til stuen, hvor luften fra gangen suges ind og bliver filtreret i et hepa filter.[...] (4) Hvad med hygiejnereglerne på patientstuerne mhb. på f.eks. sygeplejersker? [...]I de tilfælde hvor man undlader at udføre håndhygiejne, er det oftest fordi der er for tralvt og fordi faciliteterne til udførelse af håndhygiejne er for langt væk. Men generelt set er Danmark rigtig godt med, specielt fordi vi har indført brugen af sprit til håndhygiejnen.[...] (5) Hvis en læge eller sygeplejerske skal bruge noget i et skab eller en skuffe inde på en stue, skal der da udføres håndhygiejne? Ja, for det er enten rene eller i nogle tilfælde sterile ting, der opbevares i skufferne og skabene. (6) Med hensyn til hygiejnereglerne. Gør i status på dem og revurderer dem? [...]Når vi er ude på afdelingerne, ser vi efter om personalet efterlever de regler vi stiller, og i nogle tilfælde, blandt andet grundet revideringer i reglerne, kan det rent fysisk for selve hospitalet være svært at leve efter det opstillede regelsæt. For eksempel har de gamle sygehuse jo ikke de smarte sluser mellem gangen og stuen, der sørger for at tilbageholde luftbårne sygdomme.[...] 83

92 Bilag 1. Interview af hygeiejnesygeplejersker Jan Koldbro og Annette Blok (7) Har i nogle afdelinger, hvor folk er mere udsatte for sygehusinfektioner, end andre? Vi har de patienter, der har nedsat immunforsvar, bl.a. i forbindelse med kræft. Det er jo ikke kun de syge celler der bliver ramt der, så de er meget svage i den periode, og dermed mere modtagelige overfor andre infektioner. En anden afdeling er intensiv afdeling, hvor patienterne også er meget svækkede, da det er svært syge patienter der ligger der. Samtidig kan de have mange åbninger bl.a. i form af kateter. For tidligt fødte børn er en anden gruppe. De har ikke nået at få udviklet deres immunforsvar helt endnu, og rissikerer dermed nemmere en infektion end andre. Så generelt set, handler dem om styrken af patientens immunforsvar, og antallet af åbne sår.[...] (8) Hvor vil i mene at den bedste forbedring af hygiejnen kan foretages? Desværre ikke med berøringsfri håndtag men nok nærmere med stadig større fokus på håndhygiejne. Mere plads og flere enkeltstuer, og så tænke hygiejne ind i sine daglige rutiner.men det er svært lige at pointe en enkelt ting, da det nok nærmere er et sammenspil mellem flere faktorer der skal til for bedre hygiejne. Det er nemmere at indføre det helt fra bunden, i forbindelse med et nybyggeri, da der oftest på de gamle hospitaler kan være forskellige fysiske barrierer. Samtidig tror jeg også, at man har mere lyst til at holde noget rent, hvis det i forvejen ser rent og nyt ud. Vi kan faktisk se at udbrud af bl.a. Roskildesyge, hurtigere kommer under kontrol, på de nye afdelinger end på de gamle, skønt behandlingen deraf er den samme.[...] (9) Hvor højt prioriteres håndhygiejnen egentlig? I region Nordjylland prioriteres den rigtig højt. Vi er jo også den region i Danmark med flest hygiejnesygeplejersker pr. indbygger, så den prioriteres højt. Vi er også den eneste region med den regel, at det der står i vores reglement, det SKAL efterleves, hvor de andres regelsæt er nogen man KAN efterleve, så det er op til afdelingerne selv[...] [...]Det kan også være i forbindelse med noget operationsudstyr der ikke kan tåle vask eller disinficering, så kan vi pålægge et påbud om ikke at bruge disse værktøjer.[...] (10) Ville det i forbindelse med et berøringsfrit håndtag på en skuffe være at foretrække, at skuffen afstandsmåler og følger hånden, frem for blot en sensor, der aktiveres og åbner skuffen? Jeg tror det er en god idé at skuffen følger hånden. Oftest er de ting i skufferne jo sterile, og så kan det ikke nytte noget, at skuffen åbner i tide og utide, hvis man kommer for tæt på den. Det samme gælder dørene. Derfor aktiveres de også ved at trække i en snor, eller ved at træde på en pedal, hvis det f.eks. er en operationsstue. Og så lukker de igen, efter kort tid, for at bibevare de forhold der skal være i en sådan stue. Iøvrigt er vandhanerne og dørene ovre på den nye afdeling herovre allesammen berøringsfri, og de var altså ikke ordentligt indstillede til at starte med, så hver gang man kom lidt for tæt på, så åbnede dørene og vandet løb, så det er vigtigt at man kan indstille det. Det er også vigtigt at man uden ekspertise, kan slukke for apparatet. Igen har vi set et problem i den nye afdeling, fordi personalet ikke selv kunne afbryde dem. Så kan i jo gætte hvor nemme de er at rengøre, hvis de hele tiden åbner og lukker.[...] (11) Ville det være idéelt at bruge foden til aktivering af en skabslåge eller en skuffe? Hvis man evt. havde noget man skulle bruge begge hænder til at sætte ind i skabet eller ned i skuffen? Nej det vil jeg ikke mene. Det har vi ikke lige set eksempler på. Ser vi hygiejnisk på det, er det jo også smartere at det er helt berøringsfrit, hvilket det jo ikke er, hvis man skal sparke til det, eller træde på det for at aktivere det. Gulvet er jo det mest snavsede i lokalet. (12) Skal skuffemøblet være mobilt? Ja. Det har vi allerede indført, da det gør det nemmere inde på stuer med flere patienter. Så skal man ikke hele tiden gå frem og tilbage for at hente de forskellige ting man måtte få brug for. 84

93 Bilag 2. Målejournal for hastigheds- & accelerationstest (13) Er det tit skrøbelige og/eller tunge ting der opevares i skabe og skuffer? Det er typisk ting, der skal forblive enten rene eller sterile indtil de skal bruges. så der stilles ikke så store krav til redskabernes skrøbelighed, der er større fokus på sterilitet. (14) Hvad med temperatur? Er der medicin og redskaber der skal opbevares under bestemte temperaturforhold? Vi har regler for medicin, der ikke kan holde til at stå i almindelig stuetemperatur, og tabletter, der ikke må udsættes for sollys. De er pakket sterilt, og opbevares i køleskabe ved temperaturer mellem 2 og 8 grader C. (15) Bruger i nogensinde handsker når i skal have noget i en skuffe? Nej, for handsker er jo aldrig rene sådan set. man skal jo bruge hænderne til at få dem på, og er de ikke nødvendigvis rene medmindre man har udført håndhygiejne forinden man tog dem på. Derfor skal man altid tage handskerne af, og udføre håndhygiejne, når man skal bruge noget i en skuffe. Oftest har man jo handsker på i forbindelse med, at man laver noget, hvor man risikerer at få blod eller andre sekreter på sig og så er de jo selvsagt ikke rene nok, til at bruge på steder der skal holdes sterile. (16) Er det generelt på patientstuerne, der er skabe og skuffer? Nej, skabe og skuffer er over det hele, med bestemte ting på bestemte pladser, så det kan man ikke sige nej. Placeringen af redskaberne, afhænger af hvilken afdeling man er i på hospitalet. Er man for eksempel på intensiv afdeling, er der de mobile skuffedarier, så man altid har redskaberne ved hånden. (17) Får de at vide på forhånd, at i kommer for at kontrollere? [...]I den forbindelse tilbyder vi dem undervisning i de emner, hvor det måske ikke fungerer helt så godt. I enkelte tilfælde, kan vi finde på at spørge folk, hvad de vil gøre i en given situation, og selvfølgelig er det ikke alle, der kan huske alle reglerne i hovedet, men så accepterer vi det, hvis blot de kan fortælle os, at de ved at de kan finde det i vores mapper med regelsæt, hvis de får brug for det.[...] Bilag 2 Målejournal for hastigheds- & accelerationstest Formål At fastsætte minimumskrav til hastighed og acceleration for BFH. Testobjekt Skuffe og skab som ses på figur 2.1 og 2.2. Figur 2.1: Skuffe med plotning til analysen. Figur 2.2: Skab med plotning til analysen. Anvendt udstyr Instrument AAU-nr Fabrikat og type Kamera - Samsung S850 Konverteringssoftware - Hyper Video Converter v.041 Analysesoftware - Logger Pro v Vernier Software & Technology 85

94 Bilag 2. Målejournal for hastigheds- & accelerationstest Måleprocedure for skuffen Testen udføres med 3 forskellige testpersoner. Kameraet placeres på et fast underlag så skuffen kan filmes fra siden. Der placers en målestok med kendt længde så den kan ses af kameraet. Dette gøres så analysesoftwaren har en referenceafstand. Nu filmes skuffen fra siden, mens den åbnes og lukkes skiftevis af hver af de 3 testperoner. Den forsøges åbnet og lukket hurtigst muligt, uden at der skal komme skader på denne eller testpersonen. Analyse og bearbejdning af data for skuffen Filmene overføres nu til en pc med installeret Hyper Video Converter, hvor den konverteres til formatet ".mov". Efterfølgende importeres videoerne i programmet "Logger Pro". Referenceafstanden angives på videoen, hvorefter der vælges et punkt på skuffen, som plottes ved hvert frame i videoen. Dette ses på figur 2.1. Ved hjælp af de fremkomne data plottes sted, som funktion af tiden, samt hastighed, som funktion af tiden. Der laves så "liniære tilpasninger" de steder hvor skuffen accelerere op ved åbning og lukning på hastighedsfunktionen. Derved er accelerationen fundet. På figur 2.3 ses stedfunktionen og hastighedsfunktionen, samt den "lineære tilpasning" af accelerationen for den måling der havde størst hastighed og acceleration Time (s) Time (s) Linear Fit for: VideoAnalysis X Velocity y = mt+b m (Slope): m/s/s b (Y-Intercept): m/s Correlation: RMSE: VideoAnalysis X Y X Velocity Y Velocity (m) (m) (m/s) (m/s) Linear Fit for: VideoAnalysis X Velocity y = mt+b m (Slope): m/s/s b (Y-Intercept): m/s Correlation: RMSE: Time (s) Figur 2.3: Øverst: Skuffens placering som funktion af tid. Nederst: Skuffens hastighed som funktion af tid. Måleprocedure for skabet Testen udføres med 3 forskellige testpersoner. Kameraet placeres så skabet kan filmes oppefra, og der placeres en målestok til referenceafstand. Skabet filmes fra oven mens det åbnes og lukkes. Dette forsøges åbnet og lukket hurtigst muligt, uden at der skal komme skader på denne eller testpersonen. Analyse og bearbejdning af data for skabet Nu følges proceduren som ved skuffen, ved at overføre videoerne til en pc, samt konvertere til ".mov". Videoerne importeres i programmet "Logger Pro", og referenceafstanden angives. Skabslågens yderste punkt plottes nu på videoen, ved hvert "frame" for både åbning og lukning. Dette ses på figur 2.2. Det er således hastigheden og accelerationen for dette punkt som findes. Dette gøres da det også vil være den gældende hastighed og acceleration for længere eller kortere skabslåger. Grunden til dette er at en større eller mindre afstand fra håndtag til hængsler, ikke vil gøre at brugeren vil åbne skabslågen med større eller mindre hastighed. Det er altså vurderet at armen der bruges til åbning og lukning af lågen ikke vil have forskellig hastighed afhængig af 86

95 Bilag 2. Målejournal for hastigheds- & accelerationstest lågestørrelsen. Det vil således tage længere tid at åbne en længere låge og kortere tid at åbne en kortere låge. Skabet bevæger sig både på x- og y-aksen til forskel fra skuffen. For at finde den samlede afstand som lågen har bevæget sig til en bestemt tid er pythagoras brugt. Dette er gjort ved følgende formel, hvor a k angiver den samlede afstand lågen har bevæget sig, ved frame nummer k: a k = (x k x k 1 ) 2 + (y k y k 1 ) 2 + a k 1 (2.1) Metoden er illustreret på figur 2.4. Det foregår ved at afstanden mellem 2 koordinater udregnes og Figur 2.4: Metoden til beregning af afstand for skabet. den forrige afstand lægges til, så den samlede afstand lågen har flyttet sig findes til det pågældende tidsunkt. Efterfølgende er der tegnet en stedfunktion over disse udregninger. Denne ses øverst på figur 2.5. Dernæst er disse differentieret og der er fundet en hastighedsfunktion, samt den "lineære tilpasning" af accelerationen Data Set Time 2.0 (s) Sted (m) Velocity (m/s) Time (s) Linear Fit for: Data Set Velocity C = mx+b m (Slope): m/s/s b (Y-Intercept): m/s Correlation: RMSE: Linear Fit for: Data Set Velocity C = mx+b m (Slope): m/s/s b (Y-Intercept): m/s Correlation: RMSE: Time (s) Figur 2.5: Øverst: Skabslågens placering som funktion af tid. Nederst: Skabslågens hastighed som funktion af tid. Resultat Den størst fundne hastighed og acceleration for skuffen og skabet er bestemt til minimumsværdier for BFH. Det er således den hastighed og acceleration BFH minimum skal kunne yde. Dette gøres da disse netop er de største værdier, og BFH ikke må besværliggøre åbningen af en skuffe mere end ved normal brug ved håndtag. Minimumshastigheden BFH skal kunne åbne skuffer med er 0, 966 m/s. Denne ses på nederste graf på figur 2.3 til tiden 18, 5 s. Minimumsaccelerationen er 3, 84 m/s 2. Denne ses på figur 2.3 som hældningen af de stykker af hastighedsfunktionen hvor skuffen henholdsvis åbnes og lukkes. Den største er brugt. Denne ses fra tiden ca. 18, 1 s til ca. 18, 4 s. Minimumshastigheden BFH skal kunne åbne skabslåger med er 1, 66 m/s. Dette ses nederst på figur 2.5 til tiden 18, 35 s. Minimumsaccelerationen er 11, 06 m/s 2. Denne ses på figur 2.5 som 87

96 Bilag 3. Målejournal for lydtest hældningen af de stykker af hastighedsfunktionen, hvor skuffen henholdsvis åbnes og lukkes. Da målingerne for åbningen er noget upræcise, hvilket ses ved at størrelsen på hastigheden bevæger sig meget momentalt op og ned, vurderes det at målingen for lukningen bruges. Denne ses fra tiden ca. 19, 2 s til ca. 19, 4 s. Til sidst er der lavet afrundinger af resultaterne inden de bruges som krav til BFH. Dette gøres da der er en hvis usikkerhed ved målingerne og det derfor ikke kan forsvares at bruge så mange decimaler som angivet tidligere. Kravene til BFH sættes derfor til følgende: Minimumshastigheden BFH skal kunne åbne skuffer med: 1 m/s Minimumsaccelerationen BFH skal kunne åbne skuffer med: 3, 8 m/s2 Minimumshastigheden BFH skal kunne åbne skabslåger med: 1, 7 m/s Minimumsaccelerationen BFH skal kunne åbne skabslåger med: 11 m/s2 Bilag 3 Målejournal for lydtest Formål At fastsætte en acceptabel støjgrænse for BFH. Lydniveauet ved åbning/lukning af en normal skuffe, skal danne grundlag for den acceptable støjgrænsen. Testobjekt Testen er foretaget på 2 forskellige skuffer. som ses på figur 3.1 og 3.2. Figur 3.1: Skuffe 1 Figur 3.2: Skuffe 2 Måleprocedure Der foretages 5 målinger for hver af de to skuffer. Decibelmeteret holdes nær skuffen mens denne trækkes ud og ind. Lydstyrken aflæses på decibelmeteret og noteres. 3.1 Resultat Det gennemsnitlige støjniveau beregnes ud fra resultaterne ved målingerne. Måleresultater, og beregnet gennemsnit kan ses i tabel 3.1. Det gennemsnitlige støjniveau er beregnet for hver skuffe, og efterfølgende det samlede. Det vurderes at skabe larmer i omkring samme grad som skuffer. Lydniveauet for åbning/lukning bliver derfor afrundet 74 db(a). Det skal dog noteres at denne værdi er topværdien for lydniveauet. I reeliteten vil dette niveau først rammes når skuffen eller skabslågen lukkes, og derved kolliderer med resten af møblet. Dermed er dette det maksimalt målte niveau, og dette vil derfor være topværdien for lydniveauet, for BFH. Anvendt udstyr Instrument AAU-nr Decibelmeter - 88 Fabrikat og type MONACOR SM-4

97 Bilag 4. Målejournal for justering og test af ultralydssendekredsløb Skuffe 1 db(a) Skuffe 2 db(a) ,8 69,6 Gennemsnit i db(a) 73,7 Samlet gennemsnit i db(a) Tabel 3.1: Resultater for lydtesten. Bilag 4 Målejournal for justering og test af ultralydssendekredsløb Formål Formålet med målingen, er at indstille den variable modstand R 4 på senderkredsløbet, for at opnå den ønskede sendefrekvens på 40 khz. Derudover skal det undersøges om det er muligt at tænde og slukke for signalet, ved brug af 5 V styresignal. Testobjekt Testobjektet er det samlede senderkredsløb, bestående af AMV, lavpasfilter og højttaler. Kredsløbsdiagrammet ses på figur 4.1. Selve opstillingen til testen ses på figur 4.2. Figur 4.1: Diagram over senderkredsløb med filter Figur 4.2: Måleopstilling for senderkredsløb Anvendt udstyr Instrument AAU-nr Fabrikat og type Strømforsyning Hameg HM Oscilloskop D Multimeter Fluke 37 Prober Agilent 10074C Måleprocedure Strømforsyningen indstilles til 20 volt. Terminalen FRA_MICROCONTROLLER tilsluttes til 0 V på en 5 V strømforsyning. Probe sættes i oscilloskopet og på senderkredsløbet umiddelbart inden højttaleren. Variabel-modstand R 4 indstilles, til oscilloskopet viser den 89

98 Bilag 5. Målejournal for test af modtagermodulet ønskede sendefrekvens på 40 khz. Den variable modstand R 4 aftages og måles med multimeter, hvorefter den indsættes igen. Det kontrolleres at der stadig udsendes 40 khz på højttaleren. FRA_MICROCONTROLLER tilsluttes 5 V. Der skal nu ikke udsendes noget signal på højttaleren. FRA_MICROCONTROLLER tilsluttes 0 V igen. Via scop kontrolleres, at der igen udsendes 40 khz på TIL_HØJTTALER. Resultat Ved indstilling på modstand R 4 til 2,57 kω, opnås ønsket sendefrekvens på 40 khz. Ved tilslutning af FRA_MICROCONTROLLER til 0 V, blev der udsendt 40 khz og ved tilslutning til 5 V, blev intet udsendt. Bilag 5 Målejournal for test af modtagermodulet Formål Formålet med følgende er at teste om modtagerkredsløbet modtager og behandler den reflekterede lyd fra senderen korrekt. Der måles ved to reflektionsafstande, 5 cm og 20 cm. Testobjekt 5.2. Diagrammet for modtagerkredsløbet er vist på figur 5.1. Testopstillingen ses på figur Figur 5.1: Diagram for modtagerkredsløbet med målepunkter Figur 5.2: Måleopstilling for modtagerkredsløb Anvendt udstyr Instrument AAU-nr Fabrikat og type Strømforsyning Hameg HM Oscilloskop D Probe Agilent 10074C Måleprocedure To kanaler på strømforsyningen indstilles til 5 volt. Disse kobles sammen som vist på figur 5.2, således der køres med en forsyning på ± 5 V. Terminalen V cc P kobles til plus 5 volt mens terminalen V cc N kobles til minus 5 volt og GND forbindes til stel. Senderskredsløbet tilsluttes 20 V. Strømforsyningen tændes. 90

99 Bilag 6. Målejournal for modultest af skuffestyringsmodul Proben tilsluttes oscilloskopet og kredsløbet i målepunkt x. Oscilloskopets trigger indstilles, så den modtagne ultralydsburst bliver triggeret. Oscilloskopet indstilles, så det kan tage billeder og gemme dem på diskettedrevet. En hånd placeres 5 cm fra der hvor senderen og modtageren er placeret og der tages et "Quick print" på oscilloskopet. Dette gentages for en hånd på 20 cm afstand. Resultat De to målte "Quick print" overføres til en computer. De ses på figur 5.3. (a) Hånd på ca. 20 cm afstand (b) Hånd på ca. 5 cm afstand Figur 5.3: Måling med oscilloskop på komparatorens indgang Bilag 6 Målejournal for modultest af skuffestyringsmodul Formål At teste om modulet til skuffestyring overholder de krav der stilles til det. Kravene er en acceleration på minimum 3, 8 m/s2 (krav 18), en hastighed på minimum 1 m/s (krav 19), Skuffen skal kunne åbnes og lukkes manuelt, uanset om demo-bfh er forsynet med strøm eller ej (krav 2) og hvis skuffen blokeres skal bevægelsen stoppe automatisk (krav 13). Testobjekt Testobjektet er det færdigbyggede skuffemøbel påmonteret den valgte fremdriftsmetode, som ses på figur 6.1, samt det samlede motorkredsløb, som ses på figur i afsnit Figur 6.1: Skuffemøblet med påmonteret valgt fremdriftsmetode. Anvendt udstyr Instrument Strømforsyning Kamera Konverteringssoftware Analysesoftware AAU-nr Fabrikat og type Hameg HM Sony Cyber-shot DSC-W30 Hyper Video Converter v.041 Logger Pro v Vernier Software & Technology 91

100 Bilag 6. Målejournal for modultest af skuffestyringsmodul Måleprocedure Strømforsyning, motorkredsløb og microcontroller kobles som vist på figur 6.2. Skuffen opstilles med siden til kameraet, som placeres på et fast underlag i en afstand af 1 m til skuffen. En målestok med kendt længde placeres så den kan ses af kameraet. På den måde kan der findes en referenceafstand i analysesoftwaren. Nu sættes kameraet til at optage film på indstillingen "640(Standard)". Microcontrollerens PWM aktiveres, med fuld hastighed (255), til den af de to porte (PB3/PD7) der får skuffen til at køre ud. Når skuffen er kørt helt ud deaktiveres denne og porten der får skuffen til at køre ind, aktiveres. Når skuffen er kørt helt ind, deaktiveres porten. Nu overføres filmen til en pc med installeret Hyper Video Converter, hvor den konverteres til formatet ".mov". Efterfølgende importeres videoen i programmet "Logger Pro". På videoen angives referenceafstanden hvorefter der vælges et punkt på skuffen, som plottes ved hvert frame i videoen. Ved hjælp af de fremkomne data plottes sted, som funktion af tiden, samt hastighed, som funktion af tiden. Der laves nu en liniær tilpasning på stedplottet, både for ind- og udkørsel, for at bestemme skuffens hastighed. Der laves en liniær tilpasning på hastighedsplottet, for at bestemme accelerationen. Nu testes det om skuffen stopper når den blokeres. Dette gøres ved at aktivere PWM, så skuffen kører ud. Inden den er helt ude, blokeres den med en hånd. Det samme foretages ved indkørsel. SKuffen skal stoppe med det samme, når den bliver blokeret. Nu testes kravet om manuel betjening med og uden strømtilslutning. Dette gøres ved at åbne og lukke skuffen uden brug af motoren. Dernæst slukkes strømforsyningen og samme fremgangsmåde foretages. Herefter testes det at modulet ikke har taget skade, ved at køre skuffen ud og ind vha. motoren. Figur 6.2: Tilslutninger for motorkredsløb, microcontroller samt spændingsforsyning. Resultat På figur 6.3 ses plottene for sted og hastighed, samt de liniære tilpasninger. Da der er forskel på hastighed og acceleration, for ud- og indkørsel, tages den mindste værdi, da denne må betragtes som minimumsværdi, hvlket netop er det kravet omtaler. Dog er værdierne afrundet til 2 betydende cifre. De fundne værdier er: Skuffens hastighed: 0, 11 m/s Skuffens acceleration: 0, 37 m/s 2 Skuffen stoppede sin bevægelse, når denne blev blokeret, både ved ud- og indkørsel og at det var muligt at trække skuffen ind og ud, både når strømmen var afbrudt og når den ikke var. Efter testen fungerede den automatiske skuffestyring stadig. 92

101 Bilag 6. Målejournal for modultest af skuffestyringsmodul Linear Fit for: VideoAnalysis X X = mt+b m (Slope): m/s b (Y-Intercept): m Correlation: RMSE: Linear Fit for: VideoAnalysis X X = mt+b m (Slope): m/s b (Y-Intercept): m Correlation: RMSE: Time (s) Time (s) Linear Fit for: VideoAnalysis X Velocity y = mt+b m (Slope): m/s/s VideoAnalysis b (Y-Intercept): m/s X Y X Velocity Y Velocity Correlation: (m) (m) (m/s) (m/s) RMSE: Linear Fit for: VideoAnalysis X Velocity y = mt+b m (Slope): m/s/s b (Y-Intercept): m/s Correlation: RMSE: Time (s) Figur 6.3: Øverst: Skuffens placering som funktion af tid. Nederst: Skuffens hastighed som funktion af tid. 93